Lo scambio di materiale e informazioni a livello delle singole cellule richiede il trasporto e la segnalazione a livello della membrana plasmatica che racchiude la cellula. Lo studio dei meccanismi a dimensioni così ridotte presenta ai ricercatori enormi sfide. Recentemente, i ricercatori volevano determinare la funzione e la distribuzione del colesterolo, un importante componente della membrana. Finora, il colesterolo può essere marcato solo in misura molto limitata con coloranti fluorescenti, che può essere visualizzato al microscopio senza danneggiare la membrana. I ricercatori dell'Università di Münster (Germania) hanno ora sviluppato un metodo per aggirare queste difficoltà. Hanno sintetizzato un nuovo composto con proprietà simili a quelle del colesterolo, ma che possono essere etichettati con coloranti e visualizzati nelle cellule viventi. Là, il composto imita realisticamente il comportamento del colesterolo naturale.

"Il nostro nuovo approccio offre un enorme potenziale per l'imaging della dinamica della membrana nelle cellule viventi, " dice il prof. Volker Gerke, uno dei responsabili dello studio. Il lavoro è il risultato di uno studio interdisciplinare che coinvolge chimici organici, biochimici e biofisici. Lo studio appare nell'attuale numero della rivista Biologia chimica cellulare .

Le cellule del corpo sono racchiuse in una sorta di involucro protettivo, la membrana plasmatica, che separa la cellula dal suo ambiente. Le cellule contengono anche membrane interne che separano i singoli componenti l'uno dall'altro e regolano il movimento delle sostanze tra i diversi spazi interni. Colesterolo, una sostanza grassa, è un componente importante delle membrane garantendone il corretto funzionamento.

Per generare sostanze che si comportano in modo simile al colesterolo naturale, i chimici organici guidati dal Prof. Frank Glorius sintetizzarono per primi una serie di composti chimici. Come sostanza di partenza, usavano il colesterolo naturale, che è stato trasformato in un certo sale organico, un sale di imidazolo. "Sapevamo già da studi precedenti che questi sali interagiscono bene con le biomolecole e sono quindi adatti per esperimenti cellulari, "dice Franco Glorio, che ha anche condotto lo studio.

Per confrontare le proprietà biofisiche dei composti di nuova sintesi con quelle del colesterolo naturale, i ricercatori hanno incorporato le sostanze in membrane modello sintetiche costituite da fosfolipidi (questi fosfolipidi costituiscono il componente principale delle membrane). Biochimici e biofisici nel gruppo del Prof. Dr. Hans-Joachim Galla hanno misurato come le nuove sostanze hanno influenzato la temperatura di transizione di fase delle membrane modello, e come hanno cambiato la fluidità nello strato fosfolipidico a diverse temperature. "Dopo aver valutato i dati, alla fine abbiamo optato per tre composti che mostravano proprietà molto simili a quelle del colesterolo naturale, "dice Lena Rakers, un dottorato di ricerca studente di Chimica Organica e uno dei primi due autori dello studio.

I ricercatori hanno selezionato questi composti per esaminarli nelle membrane cellulari viventi, studiandoli così in strutture ancora più complesse. Per questo scopo, hanno usato colture di cellule epiteliali umane - cellule HeLa - così come cellule di vasi sanguigni umani, cellule HUVEC. A causa della loro struttura, le sostanze di nuova sintesi si adattano bene alle membrane cellulari. Con l'ausilio della spettrometria di massa superficiale, i ricercatori hanno misurato le molecole nella membrana e hanno potuto dimostrare che i composti si comportavano in modo molto simile al colesterolo naturale nelle cellule viventi, pure.

A causa della sua struttura, una delle nuove sostanze potrebbe essere etichettata con coloranti fluorescenti. A tal fine, i ricercatori hanno attaccato un gruppo di azidi sulla sostanza. Hanno quindi collegato i coloranti a questo gruppo di azidi utilizzando la chimica dei clic, un metodo efficace che consente di unire i componenti molecolari sulla base di alcune reazioni chimiche. Finalmente, i biochimici hanno visualizzato la sostanza nelle cellule viventi utilizzando la microscopia confocale ad alta risoluzione. In questo modo, sono stati in grado di osservarne la distribuzione e i cambiamenti dinamici. "Queste analisi hanno anche mostrato che il nuovo composto si comportava in modo analogo al colesterolo cellulare, "dice David Grill, un dottorato di ricerca studente di Biochimica e l'altro primo autore dello studio. Un grande vantaggio del nuovo metodo è che durante l'intero processo, i componenti e le proprietà della membrana cellulare sono rimasti intatti.

Nel futuro, i ricercatori vogliono continuare a sviluppare il loro metodo e testare le nuove sostanze in ulteriori studi cellulari utilizzando metodi di imaging microscopico. Uno dei loro obiettivi è utilizzare la chimica del clic per attaccare coloranti fluorescenti e altre molecole ai nuovi composti per introdurre cambiamenti selettivi nella membrana.