La consegna di materiali sperimentali alle singole cellule con precisione ed esclusività è stata a lungo un'abilità sfuggente e molto ricercata in biologia. Con esso arriva la promessa di decifrare molti segreti di vecchia data della cellula.
Un gruppo di ricerca del Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin, Erlangen, guidato dal professor Vahid Sandoghdar, ha ora dimostrato con successo come piccole molecole e singole nanoparticelle possano essere applicate direttamente sulla superficie delle cellule.
Nello studio, pubblicato su Nature Methods , gli scienziati descrivono la loro tecnica come "μkiss" (microkiss):un nuovo metodo semplice ed economico, che apre nuove possibilità nella scienza delle singole cellule in vista delle applicazioni terapeutiche di prossima generazione.
Gli approcci tradizionali in biologia spesso considerano le caratteristiche di intere popolazioni cellulari, trascurando le variazioni sfumate delle proprietà da una cellula all'altra. Per studiare la biologia in modo più preciso a livello di singola cellula, è fondamentale lo sviluppo di nuovi strumenti e metodi.
"Permane una lacuna cruciale nella nostra capacità di somministrare sostanze chimiche, etichette e prodotti farmaceutici alle singole cellule con precisione e controllo, su brevi durate e su minuscole scale di lunghezza microscopiche", afferma il professor Vahid Sandoghdar, direttore dell'Istituto Max Planck per la scienza della luce e Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin. Il Prof. Sandoghdar e il suo team hanno affrontato attivamente questa sfida.
I ricercatori hanno ideato una soluzione semplice ma elegante a questo problema:utilizzando due micropipette posizionate ravvicinate con un'apertura piccola quanto appena un micrometro, gli scienziati hanno potuto creare una gocciolina stabile di materiale di dimensioni micro alle estremità della micropipetta utilizzando una micropipetta per dispensare il materiale, mentre l'altro lo aspira ad una velocità leggermente superiore.
"È quindi proprio come un pennello", afferma Richard W. Taylor, ricercatore post-dottorato e membro del team, aggiungendo:"Puoi facilmente manovrare le micropipette e spazzolare delicatamente questa gocciolina confinata contro la cellula prescelta, fornendo un piccolo bacio di materiale."
Questa semplice implementazione, che utilizza componenti facilmente disponibili, consente di implementare facilmente la loro tecnica a basso costo su qualsiasi microscopio all'interno dei laboratori a orientamento biologico.
"L'approccio pragmatico e conveniente della nostra soluzione è importante per il suo utilizzo nella pratica", afferma il Prof. Sandoghdar, aggiungendo:"La mancanza di soluzioni simili ha finora ritardato il progresso verso nuovi approcci terapeutici a livello di singola cellula".
Il nuovo metodo dà allo sperimentatore il pieno controllo. "Con μkiss raggiungiamo una dimensione completamente nuova nell'applicazione precisa delle sostanze alle cellule", spiega Cornelia Holler, dottoranda in biologia e membro del gruppo di ricerca. I materiali ora possono essere consegnati con precisione a qualsiasi cellula scelta a livello subcellulare, con il controllo completo sul tempo e sulla posizione in cui il materiale è in contatto con la cellula.
"Ora possiamo osservare interi processi biologici, come l'assorbimento del ferro da parte della cellula, senza perdere un passaggio:questo ci permette finalmente di mettere insieme i pezzi del puzzle delle complesse caratteristiche di ogni singola cellula", afferma Holler.
Recentemente, il team è riuscito a posizionare con precisione una singola particella simile a un virus su una cellula viva. Questa capacità sperimentale crea l'opportunità di esaminare attentamente le complessità della propagazione della malattia, fornendo il pieno controllo sulla posizione, i tempi e l'entità dell'infezione cellulare.
"La capacità di μkiss apre nuove strade per studi quantitativi nella biologia cellulare e nella medicina", afferma il professor Sandoghdar.
Ulteriori informazioni: Cornelia Holler et al, Un pennello per il rilascio di nanoparticelle e molecole alle cellule vive con un preciso controllo spaziotemporale, Nature Methods (2024). DOI:10.1038/s41592-024-02177-x
Fornito dall'Istituto Max Planck per la Scienza della Luce
