Questo è un campione cellulare utilizzato per due cicli di test. Nel pannello superiore, due biomarcatori sono colorati in verde e in rosso, e in fondo, dopo che il campione è stato rigenerato, gli stessi biomarcatori sono colorati di rosso e verde. Ciò dimostra che lo stesso tessuto può essere utilizzato per più cicli di test senza degradare il campione di tessuto. Credito:Xiaohu Gao, Università di Washington
Una migliore diagnosi e trattamento del cancro potrebbe dipendere dalla capacità di comprendere meglio una singola cellula a livello molecolare. Una nuova ricerca offre un modo più completo di analizzare il comportamento unico di una cellula, utilizzando una serie di colori per mostrare modelli che potrebbero indicare il motivo per cui una cellula diventerà o non diventerà cancerosa.
Un team dell'Università di Washington ha sviluppato un nuovo metodo per la codifica a colori delle cellule che consente loro di illuminare 100 biomarcatori, un aumento di dieci volte rispetto all'attuale standard di ricerca, per aiutare ad analizzare singole cellule da colture o biopsie tissutali. L'opera è pubblicata questa settimana (19 marzo) in Comunicazioni sulla natura .
"La scoperta di questo processo è una svolta senza precedenti per il settore, " ha detto l'autore corrispondente Xiaohu Gao, un professore associato di bioingegneria UW. "Questa tecnologia apre interessanti opportunità per l'analisi di singole cellule e la diagnosi clinica".
La ricerca si basa sui metodi attuali che utilizzano una gamma più piccola di colori per evidenziare i biomarcatori di una cellula, caratteristiche che indicano uno speciale, e potenzialmente anormali o malati, cellula. Idealmente, gli scienziati sarebbero in grado di testare un gran numero di biomarcatori, quindi fare affidamento sui modelli che emergono da quei test per comprendere le proprietà di una cellula.
Il team di ricerca UW ha creato un processo ciclico che consente agli scienziati di testare fino a 100 biomarcatori in una singola cellula. Prima, i ricercatori potevano testare solo 10 alla volta.
L'analisi utilizza punti quantici, che sono sfere fluorescenti di materiale semiconduttore. I punti quantici sono la versione più piccola del materiale che si trova in molti dispositivi elettronici, compresi smartphone e radio. Questi punti quantici hanno un diametro compreso tra 2 e 6 nanometri, e variano in base al colore che emettono a seconda della loro taglia.
Questa figura mostra il processo ciclico sviluppato nello studio. Nel primo passaggio, le palline colorate che rappresentano punti quantici di diversi colori vengono utilizzate per etichettare i biomarcatori in campioni di cellule e tessuti. La seconda fase mostra come ogni biomarcatore può essere isolato e separato in immagini distinte per l'analisi. La fase tre illustra come il campione di tessuto viene lavato pulito tra un ciclo e l'altro per ricominciare il test dei biomarcatori. Credito:Xiaohu Gao, Università di Washington
Il test ciclico non è mai stato fatto prima, sebbene molti documenti sui punti quantici abbiano cercato di espandere il numero di biomarcatori testati in una singola cellula. Questo metodo essenzialmente riutilizza lo stesso campione di tessuto, test per i biomarcatori in gruppi di 10 in ogni round.
"Le proteine sono gli elementi costitutivi della funzione cellulare e del comportamento cellulare, ma la loro composizione in una cella è molto complessa, " Gao ha detto. "È necessario esaminare una serie di indicatori (biomarcatori) per sapere cosa sta succedendo".
Il nuovo processo funziona così:Gao e il suo team acquistano anticorpi che sono noti per legarsi ai biomarcatori specifici che vogliono testare in una cellula. Accoppiano punti quantici con gli anticorpi in una soluzione fluida, iniettandolo su un campione di tessuto. Quindi, usano un microscopio per cercare la presenza di colori fluorescenti nella cellula. Se vedono particolari colori di punti quantici nel campione di tessuto, sanno che il biomarcatore corrispondente è presente nella cellula.
Dopo aver completato un ciclo, Gao e il coautore Pavel Zrazhevskiy, uno studente di dottorato in bioingegneria UW, iniettare un fluido a basso pH nel tessuto cellulare che neutralizza la fluorescenza del colore, essenzialmente pulendo il campione per il turno successivo. Sorprendentemente, il campione di tessuto non si degrada affatto anche dopo 10 di questi cicli, ha detto Gao.
Per la ricerca e il trattamento del cancro, in particolare, è importante poter guardare una singola cella ad alta risoluzione per esaminarne i dettagli. Per esempio, se il 99% delle cellule tumorali nel corpo di una persona risponde a un farmaco terapeutico, ma l'1 per cento no, è importante analizzare e comprendere la composizione molecolare di quell'1% che risponde in modo diverso.
"Quando tratti con farmaci promettenti, ci sono ancora alcune cellule che di solito non rispondono al trattamento, " disse Gao. " Hanno lo stesso aspetto, ma non hai uno strumento per guardare i loro mattoni proteici. Questo ci aiuterà davvero a sviluppare nuovi farmaci e approcci terapeutici".
Il processo è relativamente economico e semplice, e Gao spera che la procedura possa essere automatizzata. Immagina una camera per contenere il campione di tessuto, e pompe sottilissime per iniettare e aspirare il fluido tra i cicli. Un microscopio sotto la camera avrebbe scattato foto durante ogni fase. Tutte le immagini sarebbero quantificate su un computer, dove scienziati e medici potevano osservare l'intensità e la prevalenza dei colori.
Gao spera di collaborare con aziende e altri ricercatori per passare a un processo automatizzato e all'uso clinico.
"La tecnologia è pronta, " Gao ha detto. "Ora che è sviluppato, siamo pronti per gli impatti clinici, in particolare nei campi della biologia dei sistemi, oncologia e patologia".
