Per due decenni, gli scienziati hanno perseguito un potenziale nuovo modo per trattare le infezioni batteriche, utilizzando proteine ​​naturali note come peptidi antimicrobici (AMP). Ora, Gli scienziati del MIT hanno registrato le prime immagini microscopiche che mostrano gli effetti mortali degli AMP, la maggior parte dei quali uccide praticando buchi nelle membrane cellulari dei batteri.

I ricercatori guidati dalla professoressa del MIT Angela Belcher hanno modificato un esistente, tecnica estremamente sensibile nota come microscopia a forza atomica ad alta velocità (AFM) per consentire loro di visualizzare i batteri in tempo reale. Il loro metodo, descritto nell'edizione online del 14 marzo di Nanotecnologia della natura , rappresenta il primo modo per studiare le cellule viventi utilizzando immagini ad alta risoluzione registrate in rapida successione.

L'utilizzo di questo tipo di AFM ad alta velocità potrebbe consentire agli scienziati di studiare come le cellule rispondono ad altri farmaci e alle infezioni virali, dice Belcher, il Professore di Germeshausen di Scienza e Ingegneria dei Materiali e Ingegneria Biologica e membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research al MIT.

Potrebbe anche essere utile nello studio della morte cellulare nelle cellule di mammifero, come la morte delle cellule nervose che si verifica nei pazienti di Alzheimer, dice Paul Hansma, un professore di fisica all'Università della California a Santa Barbara che sviluppa la tecnologia AFM da 20 anni. "Questo documento è un progresso altamente significativo nell'imaging all'avanguardia dei processi cellulari, "dice Hansma, che non è stato coinvolto nella ricerca.

Alta velocità

Microscopia a forza atomica, inventato nel 1986, è ampiamente utilizzato per l'immagine di materiali su scala nanometrica. La sua risoluzione (circa 5 nanometri) è paragonabile a quella della microscopia elettronica, ma a differenza della microscopia elettronica, non necessita di vuoto e quindi può essere utilizzato con campioni viventi. Però, L'AFM tradizionale richiede diversi minuti per produrre un'immagine, quindi non può registrare una sequenza di eventi che si verificano rapidamente.

Negli ultimi anni, scienziati hanno sviluppato tecniche AFM ad alta velocità, ma non li ho ottimizzati per le cellule viventi. Questo è ciò che il team del MIT ha deciso di fare, basandosi sull'esperienza dell'autore principale Georg Fantner, un associato post-dottorato nel laboratorio di Belcher che aveva lavorato su AFM ad alta velocità presso l'Università della California a Santa Barbara.

La microscopia a forza atomica utilizza un cantilever dotato di una punta della sonda che "tasta" la superficie di un campione. Le forze tra la punta e il campione possono essere misurate mentre la sonda si sposta attraverso il campione, rivelando la forma della superficie. Il team del MIT ha utilizzato un cantilever di circa 1, 000 volte più piccoli di quelli normalmente utilizzati per AFM, che ha permesso loro di aumentare la velocità di imaging senza danneggiare i batteri.

Le misurazioni vengono eseguite in un ambiente liquido, un altro fattore critico nel mantenere in vita i batteri.

Con la nuova configurazione, il team è stato in grado di acquisire immagini ogni 13 secondi per un periodo di diversi minuti dopo il trattamento con un AMP noto come CM15. Hanno scoperto che la morte cellulare indotta da AMP sembra essere un processo in due fasi:un breve periodo di incubazione seguito da una rapida "esecuzione". Sono rimasti sorpresi nel vedere che l'inizio del periodo di incubazione variava da 13 a 80 secondi.

“Non tutte le cellule hanno iniziato a morire nello stesso momento, anche se erano geneticamente identici e sono stati esposti al peptide allo stesso tempo, “dice Roberto Barbero, uno studente laureato in ingegneria biologica e un autore del documento.

La maggior parte degli AMP agisce perforando le membrane cellulari batteriche, che distrugge il delicato equilibrio tra il batterio e il suo ambiente. Altri sembrano mirare a macchinari all'interno della cellula. C'è stato un grande interesse nello sviluppo di AMP come farmaci che potrebbero integrare o sostituire gli antibiotici tradizionali, ma nessuno è stato ancora approvato.

Fino a qualche anno fa, si pensava che i batteri non potessero diventare resistenti all'AMPS, ma studi recenti hanno dimostrato che possono. Il nuovo lavoro del MIT potrebbe aiutare i ricercatori a capire come si sviluppa tale resistenza.