Affinché le cellule del nostro corpo funzionino come un'unità, devono comunicare tra loro costantemente. Secernono molecole di segnalazione:ioni, proteine ​​e acidi nucleici, che vengono raccolti dalle cellule adiacenti, che a loro volta trasmettono il segnale ad altre cellule. I nostri muscoli, apparato digerente e cervello sono in grado di funzionare solo grazie a questo tipo di comunicazione. E questo è l'unico modo in cui il nostro sistema immunitario può riconoscere gli agenti patogeni o le cellule infette e reagire di conseguenza, di nuovo, inviando segnali per mobilitare le difese immunitarie. Se qualcosa va storto con questa segnalazione tra le cellule, può portare a malattie come il cancro o malattie autoimmuni. "Ecco perché è importante ricercare quali segnali inviano le cellule in quali situazioni, " dice Morteza Aramesh. Il biofisico, che lavora nel Laboratorio di Biosensori e Bioelettronica dell'ETH di Zurigo, ha sviluppato un nuovo metodo che fa proprio questo:ascolta la comunicazione tra le singole cellule.

Un nanosensore innovativo

Sebbene sia stato possibile misurare questi segnali in passato, potrebbe essere fatto solo per intere popolazioni di centinaia o migliaia di cellule. I metodi non erano abbastanza sensibili da poter essere utilizzati su singole cellule, il che significa che le molecole di segnalazione delle singole cellule sono state sommerse nella media della popolazione cellulare totale:"Era impossibile rilevare le differenze tra le cellule per identificare le cellule malate, ad esempio, "dice Aramesh.

Il nuovo metodo, che è stato recentemente pubblicato sulla rivista scientifica Nanotecnologia della natura , è diverso. Aramesh e i suoi colleghi hanno usato quello che è noto come un microscopio a forza fluida, dotato di uno speciale puntale a sbalzo. Un cantilever è un piccolo braccio di leva con una punta sottile che può essere utilizzato con questo tipo di microscopio per scansionare superfici, come quella di una cellula. La novità è che un minuscolo sensore è posizionato sulla punta del cantilever. È costituito da un poro di nitruro di silicio di pochi nanometri, che registra quando una cellula rilascia molecole.

Come funziona:le proteine ​​di trasporto situate nella membrana cellulare controllano come una cellula rilascia le molecole di segnalazione. Il nuovo sensore a nanopori ha un diametro così piccolo da poter essere posizionato proprio sopra una di queste proteine ​​di trasporto e intercettare così le molecole che lo attraversano. Il sensore a nanopori è in grado di misurare la corrente ionica, che cambia quando ioni o biomolecole più grandi, come proteine ​​o acidi nucleici, fluire attraverso il poro. Possono quindi essere identificate diverse molecole di segnalazione a seconda della natura e della durata della variazione di corrente ionica.

Uno sguardo da vicino alle singole cellule

I ricercatori hanno testato il loro metodo, che chiamano microscopia a scansione di nanopori, su cellule nervose vive da tessuto cerebrale di ratto. Finora, sono stati in grado di distinguere tra singole molecole di segnalazione, come ioni e alcune proteine. I biofisici hanno ora in programma di sviluppare ulteriormente il loro nanosensore per identificare altre molecole di segnalazione in futuro. "Il nostro obiettivo è alla fine essere in grado di analizzare tutti i segnali di una cellula, "dice János Vörös, Responsabile del Laboratorio di Biosensori e Bioelettronica e ultimo autore della pubblicazione. Ciò nonostante, il metodo può già essere utilizzato per localizzare le proteine ​​di trasporto in una cellula vivente.

Inoltre, il sensore di nuova concezione ha permesso ai ricercatori di guardare anche all'interno delle cellule, poiché la punta del nanosensore è così delicata che può perforare la membrana cellulare senza danni permanenti. Dentro la cella, è quindi possibile analizzare ciò che viene eliminato dal nucleo cellulare. "I frammenti di RNA sono di particolare interesse qui, ", afferma Vörös. Forniscono informazioni sulle proteine ​​attualmente prodotte da una cellula, un fattore chiave nell'insorgenza di molte malattie.

"Il nostro metodo offre ai biologi modi completamente nuovi di studiare il comportamento delle singole cellule, " aggiunge Vörös. Non solo può distinguere tra cellule malate e sane, ma può anche essere utilizzato nello sviluppo di cellule staminali o per determinare se le cellule in laboratorio si comportano allo stesso modo di quelle del corpo. È probabile che il nuovo metodo aiuti a rispondere a molte altre domande in futuro.