Gli scienziati dell’NPL hanno collaborato con Diamond Light Source per pubblicare uno studio che mostra come i cambiamenti della chimica delle cellule umane, a seconda della struttura della loro nicchia extracellulare, siano i principali determinanti delle risposte cellulari e dei percorsi di sviluppo. L'articolo è pubblicato in ACS Applied Materials &Interfaces .
Il corpo umano subisce un rinnovamento specializzando le cellule "vuote", chiamate cellule staminali, in cellule primarie organizzate in tessuti in base al loro ambiente. L'ambiente è creato da matrici extracellulari o impalcature su cui le cellule costruiscono tessuti e organi.
Le risposte cellulari a queste matrici forniscono parametri prestazionali fondamentali per lo sviluppo di diagnosi e terapie basate sulle cellule. Alcuni dei parametri importanti si ottengono utilizzando la microscopia e i test biologici, che, tuttavia, non riescono a catturare la chimica delle cellule e il modo in cui cambia nelle diverse interfacce cellula-matrice.
Questa carenza continua a ostacolare il progresso nell'assistenza sanitaria e nell'innovazione tecnologica, poiché la chimica è il riflesso diretto dei processi cellulari responsabili della crescita e della riparazione dei tessuti.
Gli scienziati dell'NPL hanno deciso di colmare questa lacuna registrando mappe a infrarossi di cellule umane primarie e staminali coltivate su matrici native e sintetiche.
La spettroscopia a infrarossi può accedere praticamente a tutte le informazioni chimiche disponibili nella cellula, ma non può distinguere la cellula dalla sua matrice o riconoscere parti diverse della stessa cellula. Pertanto, era necessario un approccio correlativo che prevedesse l'uso dell'imaging fisico, fornito dalla microscopia ottica e a forza atomica, per guidare gli spettri chimici.
Per raggiungere questo obiettivo, NPL ha collaborato con gli scienziati della linea di luce della Diamond Light Source, i biologi dei college di Sheffield e di Londra e gli esperti di dati di Cambridge. Insieme, hanno sviluppato un approccio di imaging spettrale che non solo ha permesso loro di ottenere mappe chimiche di singole cellule, ma anche di confrontare in modo incrociato le loro firme chimiche in risposta a matrici che esibivano proprietà fisiche distinte.
Il loro studio dimostra anche l’efficienza delle misurazioni correlative per spiegare il comportamento cellulare nelle interfacce cellula-matrice in 2D, nonché la necessità di sviluppare metodologie analoghe e più avanzate per misurare le interfacce cellula-matrice in 3D, aprendo la strada ad un impatto per l’assistenza sanitaria e soluzioni per la rigenerazione dei tessuti umani.
Max Ryadnov, ricercatore dell'NPL, ha dichiarato:"Lo studio è stato un'entusiasmante collaborazione che ci ha fornito importanti informazioni su come la composizione chimica delle cellule umane è correlata ai cambiamenti fisici delle impalcature molecolari che ne supportano la crescita e lo sviluppo. Lo studio ha inoltre i prossimi passi informati dei nostri sviluppi incentrati sulle misurazioni correlative dei sistemi biologici viventi."
Ulteriori informazioni: Emiliana De Santis et al, Mappatura iperspettrale delle cellule staminali e primarie umane nelle interfacce cellula-matrice, Materiali e interfacce applicati ACS (2024). DOI:10.1021/acsami.3c17113
Informazioni sul giornale: Materiali e interfacce applicati a ACS
Fornito dal Laboratorio Fisico Nazionale
