Ad oggi per stimare il peso di una singola cellula bisognava metterla in sospensione, sottraendo dal peso complessivo quello del liquido. Una procedura poco naturale dato che la stragrande parte delle cellule vive in adesione con altre cellule e le variazioni associate al cambio di stato inducono sia alterazioni funzionali che, cosa più importante nel caso in esame, variazioni del volume e quindi del peso. Un dettaglio non da poco quando lo scopo è misurare in dettaglio la variazione di alcuni parametri cellulari come quelli successivi ad infezioni o a disfunzioni metaboliche.
Una soluzione al problema viene dai ricercatori del University College London che hanno sviluppato una mini asta su cui poggiare le singole cellule per "pesarle". Lo studio, coordinato da Daniel J. Müller, è stato pubblicato poche settimane fa sulla prestigiosa rivista Nature.
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| La cellula su una mini asticella (credit: Martínez-Martín / Nature) |
Il vantaggio di questa tecnica è nella sua potenzialità di rilevare cambiamenti di massa dell'ordine dei picogrammi (vale a dire "0" seguito dopo la virgola da altri 11 zeri, grammi) su cellule isolate e in tempi brevissimi (millisecondi). Il che ha anche l'indubbio doppio pregio di minimizzare lo stress cellulare e di aumentare la sensibilità della misurazione.
Semplificando al massimo il funzionamento del rilevatore, la massa della cellula modifica la risonanza della astina (cantilever in inglese) misurata usando un laser.
Come anticipato, i risultati ottenuti vanno al di là della mera quantificazione della massa cellulare. Le misurazioni effettuate sulle cellule campione hanno permesso di evidenziare l'esistenza di microfluttuazioni continue e regolari nella massa, riconducibili a eventi come l'assorbimento/espulsione di acqua, la produzione di energia (catabolismo o utilizzo di massa per generare "energia") e l'utilizzo dei singoli "mattoni" biologici (aminoacidi, zuccheri, nucleotidi, lipidi) per generare massa (anabolismo).
Poiché la tecnica permette un monitoraggio in continuo, è stato possibile misurare le microfluttuazioni lungo il corso delle molte ore necessarie per il completamento di più cicli cellulari e persino durante la crescita dei tessuti; informazioni fondamentali per l'analisi della deregolazione di questi processi, tipica di cancro e delle patologie che si riflettono nella viarazione della massa cellulare (e a cascata, tissutale).
Particolarmente interessante il risultato ottenuto misurando le variazioni di massa successive all'infezione con il vaccinia virus.
Il vaccinia virus appartiene ai gruppo dei poxvirus ed è stata l'arma chiave nella campagna per la vaccinazione contro il vaiolo, malattia eradicata ufficialmente nel 1980.
Le misurazioni hanno mostrato che mentre le cellule non infette continuavano a crescere e ad aumentare di massa, quelle infettate smettevano di crescere in quanto tutte le risorse metaboliche venivano dirottate dal virus per la replicazione del proprio DNA e sintesi proteica.
Lo studio è un esempio dei risultati ottenibili con la collaborazione interdisciplinare tra ricercatori provenienti da ambiti diversi come fisica, biologia e ingegneria dei materiali
Fonte
- Inertial picobalance reveals fast mass fluctuations in mammalian cells
David Martínez-Martín et al, (2017) Nature 550, pp500–50
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