I ricercatori dell'Università di Zurigo hanno sviluppato un nuovo metodo per analizzare le cellule e i loro componenti chiamato imaging a immunofluorescenza indiretta iterativa (4i). Questa innovazione perfeziona notevolmente la tecnica di imaging di immunofluorescenza standard utilizzata in biomedicina e fornisce ai medici un'enorme quantità di dati da ogni singolo campione. 4i permette di osservare la distribuzione spaziale di almeno 40 proteine ​​e le loro modificazioni nella stessa cellula per centinaia di migliaia di cellule contemporaneamente a vari livelli, dal tessuto fino al livello degli organelli.

Dieci volte più proteine ​​visualizzate contemporaneamente

"4i è la prima tecnica di imaging che ci offre una visione multiplata da tessuto a organello di campioni biologici. Possiamo, per la prima volta, collegare le informazioni multiplex derivate dal tessuto, livello cellulare e subcellulare in uno stesso esperimento, "dice Gabriele Gut, autore principale dello studio e ricercatore post-dottorato presso l'Istituto di scienze della vita molecolare dell'UZH.

L'immunofluorescenza (IF) utilizza gli anticorpi per visualizzare e localizzare le proteine ​​nei campioni biologici. Mentre il metodo IF standard di solito contrassegna tre proteine, 4i utilizza anticorpi standard e microscopi a fluorescenza convenzionali per visualizzare dieci volte più proteine ​​mediante l'ibridazione iterativa e la rimozione degli anticorpi dal campione. "Immagina che i biologi cellulari siano giornalisti. Ogni esperimento è un'intervista con le nostre cellule. Con l'IF convenzionale, posso fare tre domande, mentre con 4i, Posso avere una discussione su più di 40 argomenti, " spiega Gabriele Gut.

La mappa fornisce un'indagine sistematica del paesaggio cellulare

Una volta acquisito, l'enorme quantità di dati deve quindi essere analizzata, il prossimo ostacolo per i ricercatori. "Abbiamo generato immagini con risoluzione subcellulare per migliaia di cellule per 40 canali per più di 10 condizioni di trattamento. L'occhio e il cervello umani non possono elaborare la complessità biologica raccolta da 4i".

Per sfruttare appieno i dati 4i, Gabriele Gut ha sviluppato un nuovo programma per computer per la visualizzazione e l'analisi chiamato mappe proteiche multiplex. Estrae il segnale di fluorescenza multiplex per milioni di pixel e genera una mappa astratta ma rappresentativa della distribuzione delle proteine ​​multiplex nelle cellule.

I ricercatori sono stati così in grado di generare un'indagine sistematica del paesaggio cellulare:sono riusciti a visualizzare l'organizzazione spaziale intracellulare della maggior parte degli organelli dei mammiferi lungo il ciclo cellulare e in diversi microambienti.

La medicina di precisione avanzata

Le applicazioni per mappe proteiche 4i e multiplexate sono molteplici, dalla ricerca di base alla medicina di precisione. "Speriamo che le mappe proteiche 4i e multiplexate aiutino i ricercatori a comprendere meglio i processi che sono stati al centro della ricerca biologica per decenni, " dice Gut. Allo stesso tempo, i ricercatori intendono utilizzare queste tecnologie per far avanzare le frontiere della medicina di precisione, in particolare nella diagnosi del cancro e nella selezione della terapia.

Nuovo metodo già applicato nella terapia dei tumori

Il nuovo metodo di analisi dell'imaging a immunofluorescenza indiretta iterativa (4i) può essere utilizzato anche per determinare gli effetti delle sostanze farmacologiche sull'organizzazione e la fisiologia delle cellule. È attualmente utilizzato in una collaborazione di ricerca traslazionale con medici e un'azienda farmaceutica con l'obiettivo di migliorare l'esito del trattamento dei pazienti oncologici. Lucas Pelkmans, professore presso l'Istituto di scienze della vita molecolare presso UZH, e il suo team di ricerca mirano a caratterizzare le cellule tumorali di pazienti che sono stati trattati con diversi farmaci antitumorali. Gli scienziati sperano che i risultati di laboratorio forniscano informazioni per supportare il processo decisionale clinico per il trattamento individuale dei pazienti. Inoltre, i ricercatori hanno in programma di implementare mappe proteiche 4i e multiplexate su sezioni di tessuto di tumori per identificare biomarcatori rilevanti e quindi migliorare diagnosi e prognosi per i malati di cancro.