In un primo studio proof-of-concept, i ricercatori della Ruhr-Universität Bochum (RUB) hanno combinato due metodi di microscopia che rendono visibili sia la superficie di una cellula che la distribuzione di una proteina nella cellula, con una risoluzione dell'ordine dei nanometri. Il metodo può essere utilizzato per le cellule viventi. Potrebbe ad esempio aiutare ad analizzare come si formano le metastasi del cancro oa valutare l'efficacia di farmaci specifici. I ricercatori del gruppo di lavoro sulla nanoscopia di Rubion, l'Unità Centrale per Fasci ionici e Radionuclidi al RUB, hanno riportato i loro risultati sulla rinomata rivista ACS Nano il 23 maggio, 2018.

Un primo passo

Significativamente più piccolo di 250 nanometri, complessi proteici non possono essere rappresentati in dettaglio utilizzando tecniche di microscopia ottica. Per trovare un modo per entrare, il gruppo di lavoro RUB ha combinato la microscopia a riduzione delle emissioni stimolate (STED) con la microscopia a scansione di conduttanza ionica (SICM).

"La microscopia STED ci consente di analizzare la distribuzione delle proteine ​​in alta risoluzione. Il SICM facilita il sondaggio ad alta risoluzione della membrana cellulare. Di conseguenza, siamo stati in grado di collegare la distribuzione della proteina cellulare actina con la nanostruttura della membrana cellulare, " spiega Philipp Hagemann, dottorato di ricerca ricercatore nel gruppo di lavoro. "I nostri risultati costituiscono un primo passo verso l'analisi ad alta risoluzione della struttura superficiale, cioè l'organizzazione biochimica della cellula e della sua membrana circostante, " elabora il dottor Patrick Happel, capo del gruppo di lavoro sulla nanoscopia.

Comprendere il ruolo della membrana cellulare

La membrana cellulare è uno strato grasso che racchiude ogni cellula, separandolo così dall'ambiente circostante. Per comunicare con il loro ambiente, le cellule hanno un numero di proteine ​​diverse che sono incorporate nella membrana cellulare e convogliano gli stimoli esterni all'interno della cellula. "Il modo in cui le proteine ​​sono organizzate nella membrana cellulare, il modo in cui cambia la loro posizione, e il modo in cui questi cambiamenti sono orchestrati non è stato ancora completamente compreso, " dice Happel. Le proteine ​​nella membrana cellulare così come la membrana cellulare stessa sono fattori significativi in ​​questo processo, poiché le cellule alterano la loro posizione durante la guarigione delle ferite, durante lo sviluppo, e anche mentre si formano le metastasi del cancro. I ricercatori si riferiscono a questo processo come migrazione.

Anche se la migrazione cellulare differisce tra i diversi tipi di cellule, un aspetto comune è un'espansione della membrana cellulare nella direzione del movimento. All'interno dell'organismo, le cellule in migrazione devono muoversi attraverso spazi estremamente stretti tra le altre cellule. Questo è possibile solo se la cella è notevolmente deformata, e se i complessi di adesione si formano in corrispondenza del bordo anteriore della cella e si staccano in corrispondenza del bordo di uscita. L'interazione di questi processi biochimici e biofisici è stata ancora a malapena compresa a livello molecolare, poiché non esiste alcun metodo in grado di monitorare questo processo dinamico in alta risoluzione per un lungo periodo di tempo.

Dispositivo in due parti pianificato

"Abbiamo registrato i dati in successione con diversi dispositivi. Pertanto, siamo stati in grado di dimostrare che il nostro metodo rende possibili nuove analisi, " spiega Astrid Gesper, dottorato di ricerca ricercatore nel gruppo di lavoro.

Per facilitare l'analisi nelle cellule viventi, il team sta pianificando di sviluppare uno strumento combinato nella fase successiva. "La combinazione di entrambi i metodi renderà visibili in dettaglio i processi di trasporto - che svolge anche un ruolo cruciale per l'applicazione mirata di farmaci tramite nanoparticelle, " conclude Patrick Happel.