I ricercatori dell'ETH di Zurigo e dell'EPFL stanno ampliando il campo emergente delle analisi su singola cellula con un metodo innovativo: il Live-seq permette di misurare l'attività di migliaia di geni in una singola cellula senza doverla isolare e distruggere.
La biologia moderna vuole sempre più capire perché le singole cellule si comportano in modo diverso. Nella ricerca fondamentale, da alcuni anni sono disponibili diversi metodi di misurazione altamente sensibili per analizzare in modo specifico le singole cellule. Queste analisi su singola cellula permettono di riconoscere le differenze tra le cellule di un gruppo, di trovare tipi di cellule rare o di identificare cellule malate, cosa che non è possibile con campioni di popolazioni cellulari miste.
Gli scienziati vogliono sempre più scoprire quali geni sono accesi o spenti in una particolare cellula. Questo può essere analizzato utilizzando il sequenziamento dell'RNA di singole cellule (single-cell RNA sequencing, in breve scRNA-seq). Si tratta di decifrare il maggior numero possibile di molecole di RNA messaggero presenti nel fluido cellulare e di assegnarle alle rispettive sequenze geniche attive. In questo modo, il sequenziamento dell'RNA di una singola cellula può misurare l'attività di migliaia di geni in una cellula.
Il giovane campo del sequenziamento dell'RNA di una singola cellula è cresciuto rapidamente fino a diventare uno strumento importante per la ricerca biomedica e ora include numerose tecniche per analizzare l'intero RNA messaggero, il cosiddetto trascrittoma. "Tuttavia, tutte queste tecniche hanno in comune una limitazione che per molto tempo è stata considerata inevitabile", spiega Julia Vorholt, professoressa di microbiologia presso l'ETH di Zurigo, "ovvero che le cellule da analizzare devono essere isolate, disgregate e quindi uccise".
Biopsia delle cellule invece di distruggerle
Un team di ricercatori guidato da Vorholt e dal professore Bart Deplancke dell'EPFL ha ora proposto un'alternativa al sequenziamento dell'RNA di una singola cellula: analizza anche il trascrittoma, ma lo cattura in modo minimamente invasivo utilizzando biopsie cellulari e mantenendo la cellula viva e funzionalmente intatta, il che è unico. Gli scienziati stanno attualmente presentando la loro tecnica, nota come "Live-seq", nella rivista scientifica pagina esternaLa natura prima.
"Il nostro punto di forza è che possiamo continuare a osservare la cellula campionata al microscopio per vedere come si sviluppa e si comporta".Julia Vorholt
Secondo i ricercatori, il fatto che la cellula analizzata non muoia è un vantaggio in sé: "Il nostro punto di forza è che possiamo continuare a osservare le cellule campionate al microscopio per vedere come si sviluppano e si comportano", spiega Vorholt.
Oltre a questo, Live-seq lascia le cellule nel loro contesto fisiologico. "Il microambiente e le interazioni cellula-cellula rimangono intatti", aggiunge Orane Guillaume-Gentil, postdoc nel gruppo di Vorholt. Ha messo a punto il metodo in laboratorio insieme a Wanze Chen dell'EPFL.
La base è un microsistema di aspirazione delle cellule
Il lavoro preliminare per la registrazione del trascrittoma da cellule viventi è stato svolto qualche tempo fa da ricercatori dell'ETH di Zurigo. La base è il sistema di microiniezione FluidFM sviluppato all'ETH di Zurigo, che può manipolare minuscole quantità di liquido al microscopio. Vorholt e il suo gruppo hanno trasformato "l'ago da iniezione più piccolo del mondo" in un metodo di estrusione cellulare per pungere singole cellule viventi con l'ago da microiniezione e succhiarne il contenuto (vedi Articoli dell'ETH).
I team guidati da Vorholt e Deplancke stanno attualmente dimostrando che è possibile rilevare trascrittomi completi da queste biopsie cellulari. Il progresso decisivo è stato compiuto quando i ricercatori sono riusciti a leggere l'RNA da queste minuscole quantità di liquido cellulare.
Per convalidare Live-seq, l'équipe di ricerca dell'ETH ha dimostrato che il suo strumento di analisi è in grado di identificare con precisione diversi tipi e stati cellulari senza disturbarli. I ricercatori hanno anche utilizzato la loro piattaforma per mappare direttamente i cambiamenti nelle singole cellule immunitarie prima e dopo la loro attivazione, e nelle cellule stromali adipose - un tipo di cellula staminale - prima e dopo la loro differenziazione in cellule adipose.
Tracciare l'attività dei geni nel tempo
Il Live-seq può ora aiutare a indagare nuove questioni biomediche rilevanti. Deplancke, professore di biologia dei sistemi dell'EPFL, spiega più dettagliatamente: "Ad esempio, perché certe cellule si differenziano e le loro cellule sorelle no, o perché certe cellule sono resistenti a un farmaco antitumorale e le loro cellule sorelle no".
Inoltre, Live-seq può ora tracciare l'attività di migliaia di geni in una singola cellula attraverso misurazioni ripetute nel tempo. "Questo trasforma l'analisi di una singola cellula da un endpoint a un metodo di analisi temporale e spaziale", afferma Vorholt.
Questo articolo si basa su un comunicato stampa dell'associazione pagina esternaEPFL.
Riferimento alla letteratura
Chen W, Guillaume-Gentil O et al. Live-seq consente la registrazione trascrittomica temporale di singole cellule. Nature (2022), pagina esternadoi: 10.1038/s41586-022-05046-9