Gruppo di ricerca che sviluppa un nano

21 agosto 2023

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dall'Università di Tampere

In molti casi, le cellule sono molto attive nel loro movimento e fungono da generatori di energia. La capacità delle cellule di produrre forze fisiche è una delle funzioni fondamentali del corpo. Durante la corsa, ad esempio, le forze generate nelle cellule fanno contrarre i muscoli e fanno funzionare il respiro. È stato possibile misurare anche le forze sperimentate dalle singole proteine ​​mediante sensori di forza sviluppati in passato, ma in precedenza non era stato possibile misurare le forze intracellulari e le tensioni meccaniche.

Insieme agli scienziati dell’Ohio State University OSU, i ricercatori di biologia cellulare dell’Università di Tampere hanno sviluppato un sensore di forza che può essere collegato al lato di una proteina che risponde meccanicamente, consentendole di rilevare le forze e la tensione sulla proteina all’interno della cellula.

Lo sviluppo del sensore di dimensioni micro è iniziato durante un viaggio per conferenze nel dicembre 2019.

"La parte sensibile alla potenza è come un elastico che cambia colore quando viene allungato. Questa parte è attaccata agli anticorpi su entrambe le estremità dell'elastico, che si legano alla proteina bersaglio cellulare in studio. La forza o l'allungamento della proteina studiata può quindi essere rilevato al microscopio seguendo l'allungamento dell'elastico, cioè il colore che produce," afferma Teemu Ihalainen, ricercatore senior della BioMediTech presso l'Università di Tampere.

Secondo Ihalainen, il sensore di forza, che misura solo circa venti nanometri, può essere facilmente generalizzato a un'ampia gamma di ricerche sulla biologia cellulare e a varie proteine ​​​​bersaglio. Con l'aiuto del biosensore proteico è possibile misurare le forze, ad esempio, nella membrana nucleare, tra diverse proteine ​​o in generale nel citoscheletro della cellula. Permette di trasformare per la prima volta la meccanica della cellula in forma visibile.

C’è già stato un grande interesse per questa tecnologia in diversi laboratori in Giappone, India, Norvegia e Stati Uniti.

Le cellule sono continuamente soggette a forze, sia nelle normali funzioni corporee che nelle malattie.

Quando una cellula tumorale cresce e si muove, ad esempio, le cellule sono soggette a forze meccaniche. Quando il cancro si diffonde, ad esempio quando entra nei vasi sanguigni o linfatici, la cellula tumorale deve infilarsi attraverso stretti spazi nel suo microambiente. Pertanto, le cellule tumorali sono soggette a potenti forze di compressione e allungamento che possono distruggere alcune cellule. I danni al nucleo possono alterare la struttura del suo genoma, il che in alcune situazioni può anche essere utile per lo sviluppo del cancro.

"Con l'aiuto dei sensori è possibile monitorare la meccanica del cancro e i processi correlati da una prospettiva completamente nuova", afferma Ihalainen.

Lo studio è stato pubblicato su Nature Communications.

Un altro studio recente ha perfezionato la microscopia ad espansione combinando la biologia cellulare e l’esperienza nell’elaborazione del segnale. Oltre ai ricercatori di biologia cellulare, hanno partecipato allo studio anche specialisti di imaging della Facoltà di ingegneria e scienze naturali dell'Università di Tampere e virologi dell'Università di Jyväskylä.

La risoluzione della microscopia ottica è limitata poiché i dettagli delle piccole strutture nel campione sono sfocati a causa delle interazioni lente-luce. Tuttavia, diverse tecniche di microscopia a super risoluzione consentono la separazione di dettagli molto piccoli. Una di queste tecniche è la cosiddetta microscopia ad espansione, il cui principio è quello di ingrandire fisicamente un soggetto, ad esempio una cellula, e osservare così le piccole cose al suo interno. In pratica, il campione viene colato in un gel morbido, che può essere espanso quattro volte o più, ed ingrandisce anche tutti i dettagli del campione.