I risultati sono pubblicati sulla rivista Advanced Science .

Le membrane lipidiche sono molto più che semplici barriere che separano cellule e organelli dall'ambiente circostante. Svolgono inoltre un ruolo chiave in diverse funzioni cellulari, come il movimento cellulare, lo scambio di materiali, la gestione dei rifiuti e il rilevamento.

In generale, le membrane lipidiche compiono queste imprese con l’aiuto di proteine ​​e altre molecole, che sono strettamente integrate nella struttura della membrana, spesso modificandone la fluidità o l’ordine. Di conseguenza, lo studio dell'ordine delle membrane lipidiche è un sottocampo importante nella biologia cellulare, anche perché molte malattie possono causare o essere causate da anomalie nell'ordine delle membrane lipidiche.

Per visualizzare la fluidità della membrana lipidica, gli scienziati utilizzano tipicamente sostanze fluorescenti note come sonde o coloranti solvatocromici. Il termine "solvatocromico" significa che la luce emessa dalla molecola cambia colore a seconda della polarità dell'ambiente circostante.

Pertanto, quando introdotti in una membrana lipidica, il colore emesso da questi coloranti dipende dall'ordine della membrana lipidica, che è strettamente correlato alla polarità. Tuttavia, i coloranti solvatocromici convenzionali devono affrontare diverse sfide, tra cui la bassa stabilità, le basse emissioni fluorescenti, la tossicità cellulare e la dipendenza dalla luce ultravioletta come fonte di eccitazione.

Nello studio, il gruppo di ricerca del Tokyo Institute of Technology e dell’Università di Kyushu, in Giappone, ha cercato di superare tutti questi ostacoli. Il gruppo di ricerca, guidato dal professore associato Gen-ichi Konishi della Tokyo Tech e dal professor Junichi Ikenouchi dell'Università di Kyushu, ha sviluppato un nuovo colorante solvatocromico che potrebbe rivoluzionare l'imaging dell'ordine dei lipidi in tempo reale.

Per sviluppare la nuova sonda, il team ha prima studiato e confrontato le proprietà fotofisiche di diversi coloranti. Dopo alcuni tentativi ed errori, hanno optato per un particolare progetto molecolare che ha soddisfatto tutte le loro aspettative. La versione finale della sonda, 2-N,N-dietilammino-7-(4-metossicarbonilfenil)-9,9-dimetilfluorene (FπCM), comprendeva una struttura planare costituita da una parte donatrice di elettroni e una parte accettore di elettroni unite insieme da un ponte π. Questa configurazione ha facilitato i trasferimenti di carica intramolecolari, essenziali per definire le proprietà solvatocromiche e fluorescenti della molecola.

I ricercatori hanno valutato le prestazioni del colorante proposto attraverso una serie completa di esperimenti. L'FπCM ha dimostrato eccezionali proprietà fluorescenti e una notevole stabilità chimica non solo nei solventi e nelle membrane lipidiche artificiali, ma anche in condizioni fisiologiche nelle cellule viventi.

Uno degli aspetti più interessanti del colorante proposto era la sua fotostabilità a lungo termine, come sottolinea il Dr. Konishi:"Nei nostri esperimenti, FπCM potrebbe persistere per circa cinque ore, mentre Prodan e Laurdan, due coloranti solvatocromici ben consolidati, sarebbero completamente spento in circa 30 minuti. Il fatto che abbiamo utilizzato una luce laser confocale relativamente intensa suggerisce che FπCM sarebbe resistente anche alla luce intensa proveniente da vari dispositivi."

In particolare, il team è riuscito a osservare con successo la fluidità della membrana lipidica durante l’intero processo di divisione cellulare, il che implica che l’FπCM non è tossico, a differenza di altri coloranti solvatocromici all’avanguardia. Inoltre, la sonda proposta può essere facilmente modificata per produrre derivati ​​FπCM mirati a specifiche membrane lipidiche, come quelle che si trovano negli organelli cellulari come i mitocondri e il reticolo endoplasmatico.

"Crediamo che lo studio della correlazione tra l'attivazione delle proteine ​​di membrana in risposta agli stimoli e le transizioni di fluidità della membrana spaziotemporale farà luce sui meccanismi alla base delle diverse funzioni di membrana", conclude il dott. Konishi. "Poiché l'imaging dal vivo con FπCM e derivati ​​specifici degli organelli può essere facilmente eseguito con i microscopi confocali convenzionali, l'ordine delle membrane potrebbe diventare una fonte di informazioni standard e ampiamente accessibile per i biologi cellulari."

Con un po' di fortuna, le eccezionali proprietà dell'FπCM aiuteranno i biologi a svelare i segreti dietro il funzionamento interno delle cellule.