Gli scienziati dell'EPFL hanno utilizzato una nuova tecnica di imaging per monitorare come il glucosio, la nostra principale fonte di energia, viene utilizzato nel corpo. Le loro scoperte potrebbero avere grandi implicazioni per malattie come il diabete.

Il glucosio è essenziale per la produzione di energia nel nostro corpo, e il suo livello nel sangue deve essere mantenuto con cura, soprattutto in organi sensibili come il cervello. Nelle nostre cellule, il glucosio è immagazzinato in una molecola chiamata glicogeno. Ma nonostante l'importanza del glicogeno in disturbi come il diabete e l'ipoglicemia, la sua distribuzione e metabolismo nel corpo è rimasto sfuggente. Utilizzando una nuova tecnologia di imaging chiamata NanoSIMS, precedentemente utilizzata ad esempio su campioni di meteoriti, gli scienziati dell'EPFL sono stati in grado di tracciare come viene utilizzato il glicogeno nelle cellule del fegato e del cervello. Il loro lavoro è in corso di pubblicazione su Nanomedicina .

Capire come immagazzinano le cellule, distribuire e metabolizzare il glicogeno è fondamentale per il trattamento di disturbi associati come il diabete e l'ipoglicemia, entrambi caratterizzati da una ridotta degradazione del glicogeno, con conseguente minore rilascio di glucosio nel sangue e conseguente perdita di energia. L'esaurimento del glicogeno causa anche un fenomeno comune chiamato "colpire il muro" negli atleti di lunga distanza come i maratoneti, sciatori di fondo, e ciclisti.

Nonostante sia di fondamentale importanza per il corretto funzionamento del nostro corpo, la distribuzione del glicogeno nel tempo non è ancora chiara. Uno dei motivi è che la consueta tecnica di imaging utilizzata per tracciarlo, risonanza magnetica o risonanza magnetica, non ha la sensibilità necessaria per ottenere la risoluzione spaziale richiesta per l'immagine del glicogeno all'interno delle singole cellule.

Guidato da Arnaud Comment e Anders Meibom all'EPFL, in una collaborazione che include colleghi di EPFL e UNIL, gli scienziati hanno utilizzato una nuova tecnologia di imaging per tracciare con successo l'evoluzione del glicogeno nel fegato e nel cervello dei topi nel tempo. NanoSIMS (SIMS sta per Secondary Ion Mass Spectrometry) è una microsonda ionica che bombarda un campione solido con un fascio di particelle "pesanti", come gli atomi di cesio. Il bombardamento costringe gli ioni dal campione ad essere espulsi, e vengono quindi identificati con uno spettrometro di massa. La lettura dei singoli ioni viene quindi utilizzata per identificare i componenti chimici del campione.

NanoSIMS può superare la risoluzione dei sistemi MRI convenzionali, in quanto può scansionare un campione con una risoluzione spaziale ultraelevata di 100 nanometri (circa 1/100 della lunghezza di una cellula). Ciò significa che NanoSIMS può tracciare le molecole all'interno di una cellula, qualcosa di cui Comment e i suoi colleghi hanno approfittato. "La domanda era, possiamo effettivamente rilevare dove il glucosio viene trasformato in glicogeno?" afferma Comment. "Quindi uno dei nostri obiettivi era vedere come il glicogeno si distribuisce nel tempo nelle cellule del fegato e nel cervello, e anche per determinare la velocità con cui il glucosio viene incorporato nel glicogeno in queste cellule".

I ricercatori hanno utilizzato NanoSIMS su campioni di fegato e tessuto cerebrale, che era stato precedentemente arricchito con un tipo di glucosio che può essere rintracciato nell'imaging. Però, Le immagini delle NanoSIM appaiono come colori e linee, e non sono sufficienti per localizzare le molecole in una cellula. Per questa ragione, i campioni sono stati anche fotografati con un microscopio elettronico, che forniva un'immagine reale del tessuto e delle cellule. Il team ha quindi sovrapposto l'immagine NanoSIMS alla fotografia reale del microscopio elettronico, e potrebbe quindi ottenere un quadro completo della distribuzione del glicogeno nelle cellule epatiche e cerebrali.

Utilizzando questo metodo a diversi intervalli di tempo, i ricercatori sono stati in grado di monitorare come si forma il glicogeno nel tempo, e in quali parti delle cellule. Le loro scoperte hanno mostrato che le cellule del fegato immagazzinano il glucosio nel glicogeno quasi 25 volte più velocemente delle cellule cerebrali (astrociti). "Questa è la prima volta che questo fenomeno viene misurato su una scala così piccola, "dice Commento.

Il metodo può essere utilizzato per tracciare altre molecole biologiche, come i neurotrasmettitori nel cervello. Questo è qualcosa che il team di Comment ha intenzione di fare in seguito, con l'obiettivo di utilizzare il loro nuovo approccio per ottenere immagini ad alta risoluzione di come le molecole di segnalazione vengono distribuite e metabolizzate in diverse parti del cervello. Il team sta anche lavorando per migliorare la precisione e l'accuratezza del rilevamento combinandolo con l'imaging a fluorescenza.