In un progresso che promette di facilitare la ricerca sulle cellule staminali e sulla medicina rigenerativa, un team guidato da RIKEN ha dimostrato un metodo non invasivo per tracciare i cambiamenti chimici che accompagnano la riprogrammazione delle cellule somatiche in cellule staminali.

Le cellule staminali pluripotenti sono uniche in quanto hanno la capacità di dare origine a tutti i tipi di cellule presenti in un organismo adulto, rendendoli promettenti per nuove terapie basate sulla medicina rigenerativa. Sono disponibili in due varietà:cellule staminali embrionali, che sono naturalmente presenti nell'embrione in via di sviluppo, e cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC), che vengono prodotti riprogrammando artificialmente le cellule normali nel corpo adulto mediante interventi biochimici.

Per ottenere una migliore comprensione delle dinamiche cellulari durante la riprogrammazione per produrre iPSC, è fondamentale monitorare i complessi cambiamenti chimici che si verificano all'interno delle cellule. Le tecniche convenzionali per stimare la qualità delle cellule e la progressione della riprogrammazione si basano su metodi distruttivi, che sono costosi e richiedono tempo.

Ora, un team guidato da Tomonobu Watanabe del RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research (BDR) ha utilizzato una tecnica analitica nota come spettroscopia Raman per monitorare i cambiamenti chimici nelle cellule. Poiché utilizza un raggio laser e non richiede l'etichettatura dei campioni, La spettroscopia Raman offre un metodo meno invasivo, alternativa più veloce ed economica ai metodi esistenti.

La spettroscopia Raman misura le vibrazioni delle molecole monitorando la loro interazione con la luce laser. Diversi gruppi chimici vibrano a frequenze diverse, permettendo agli scienziati di rilevare quali composti sono presenti. "La spettroscopia Raman rileva le impronte molecolari delle cellule, "dice Arno Germond, anche di BDR. "Questo ci consente di identificare e caratterizzare i cambiamenti progressivi nel metabolismo cellulare durante la riprogrammazione delle cellule staminali di topi e umani".

Il team ha esplorato le possibilità della spettroscopia Raman utilizzandola per esaminare le cellule staminali embrionali di topo, le cellule neuronali in cui si sono differenziati, e le iPSC che le cellule neuronali sono state riprogrammate per formare. "Abbiamo scoperto che la riprogrammazione produce una differenza molto maggiore nei segnali Raman di quanto ci aspettassimo, " dice Watanabe. Germond e i suoi colleghi hanno scoperto prove che la spettroscopia Raman fornisce biomarcatori spettrali che indicano la progressione della riprogrammazione. Il team ha anche trovato forti differenze tra le firme lipidiche delle cellule staminali embrionali e le cellule riprogrammate.

"Oltre ai risultati di cui sopra, abbiamo usato algoritmi di rete neurale intelligenti adattati per leggere i dati della spettroscopia Raman, che è piuttosto una novità nel campo, "aggiunge Germondo.

Il team ora spera di dimostrare che la tecnica può essere applicata a un'ampia gamma di cellule di specie diverse. Intendono anche studiare le basi biologiche per i diversi segnali Raman.