Come installare nuove capacità nelle cellule senza interferire con i loro processi metabolici? Un team dell'Università tecnica di Monaco (TUM) e l'Helmholtz Zentrum München hanno alterato le cellule dei mammiferi in modo tale da formare compartimenti artificiali in cui potrebbero aver luogo reazioni sequestrate, consentendo il rilevamento di cellule in profondità nel tessuto e anche la loro manipolazione con campi magnetici.

Prof. Gil Westmeyer, Professore di Molecular Imaging presso TUM e capo di un gruppo di ricerca presso l'Helmholtz Zentrum München, e il suo team ha raggiunto questo obiettivo introducendo nelle cellule umane le informazioni genetiche per la produzione di proteine ​​batteriche, le cosiddette encapsuline, che si autoassemblano in nanosfere. Questo metodo ha permesso ai ricercatori di creare piccoli, spazi autonomi - compartimenti cellulari artificiali - all'interno delle cellule di mammifero.

Aree protette con nuove proprietà

La grande forza delle piccole sfere è che sono atossiche per la cellula e che al loro interno possono avvenire reazioni enzimatiche senza disturbare i processi metabolici della cellula. "Uno dei vantaggi cruciali del sistema è che possiamo controllare geneticamente quali proteine, Per esempio, proteine ​​o enzimi fluorescenti, sono incapsulati all'interno delle nanosfere, " spiega Felix Sigmund, primo autore dello studio. "Possiamo così separare spazialmente i processi e conferire alle cellule nuove proprietà".

Ma le nanosfere hanno anche una proprietà naturale che è particolarmente importante per il team di Westmeyer:possono assorbire atomi di ferro e processarli in modo tale che rimangano all'interno delle nanosfere senza interrompere i processi cellulari. Questa biomineralizzazione del ferro sequestrato rende magnetiche le particelle e anche le cellule. "Rendere le cellule visibili e controllabili a distanza rendendole magnetiche è uno dei nostri obiettivi di ricerca a lungo termine. I nanocompartimenti contenenti ferro ci stanno aiutando a fare un grande passo avanti verso questo obiettivo, " spiega Westmeyer.

Magnetico e pratico

In particolare, questo renderà più facile l'osservazione delle cellule utilizzando diversi metodi di imaging:le cellule magnetiche possono essere osservate anche in strati profondi con metodi che non danneggiano il tessuto, come la Risonanza Magnetica (MRI). In collaborazione con il dott. Philipp Erdmann e il prof. Jürgen Plitzko dell'Istituto di biochimica Max Planck, il team potrebbe inoltre dimostrare che le nanosfere sono visibili anche nella microscopia crioelettronica ad alta risoluzione. Questa caratteristica li rende utili come reporter di geni che possono contrassegnare direttamente l'identità o lo stato delle cellule nella microscopia elettronica, simile alle proteine ​​fluorescenti comunemente usate nella microscopia ottica. Inoltre, ci sono anche ulteriori vantaggi:le celle magnetiche possono essere guidate sistematicamente con l'aiuto di campi magnetici, permettendo loro di essere ordinati e separati da altre celle.

Uso nella terapia cellulare concepibile

Un possibile uso futuro dei compartimenti cellulari artificiali è, Per esempio, immunoterapie cellulari, dove le cellule immunitarie sono geneticamente modificate in modo tale da poter distruggere selettivamente le cellule tumorali di un paziente. Con i nuovi nanocompartimenti all'interno delle cellule manipolate, le cellule potrebbero in futuro essere localizzate più facilmente tramite metodi di imaging non invasivi. "Utilizzando i nanocompartimenti modulari, potremmo anche essere in grado di fornire alle cellule geneticamente modificate nuove vie metaboliche per renderle più efficienti e robuste, " spiega Westmeyer. "Ci sono ovviamente molti ostacoli che devono essere superati prima nei modelli preclinici, ma la capacità di controllare geneticamente i vasi di reazione modulari nelle cellule dei mammiferi potrebbe essere molto utile per questi approcci".