I ricercatori dell’Università Sechenov, insieme a colleghi irlandesi, hanno sviluppato un nuovo metodo per studiare la polarizzazione dei mitocondri nelle cellule e nei tessuti viventi. Completa bene gli approcci esistenti e consente di valutare lo stato dei mitocondri, studiare le cellule nei tessuti e negli organi.

Perché è necessario?

I mitocondri svolgono un ruolo importante nella vita della cellula, fornendole energia, partecipando alla regolazione del ciclo cellulare e ai processi di morte cellulare programmata. Tuttavia, la capacità degli scienziati di osservare i cambiamenti quantitativi nei mitocondri è ancora piuttosto limitata. Una tecnica che fornisce una visione più approfondita della funzione mitocondriale è l’imaging a vita di fluorescenza o la microscopia di imaging a vita di fluorescenza (FLIM). Questo metodo sfrutta il fatto che la durata della luminescenza di coloranti fluorescenti, sonde molecolari, proteine e nanoparticelle dipende dal loro microambiente, polarità media, temperatura e altri fattori. I moderni microscopi FLIM consentono di stimare la durata del bagliore con una precisione di frazioni di nanosecondi e di ottenere immagini bidimensionali e tridimensionali di tessuti viventi, cellule o modelli di organi. Il metodo è già utilizzato attivamente nello studio dell’apporto di ossigeno ai tessuti e alle cellule, i cambiamenti di acidità e l’equilibrio redox all’interno della cellula.

Cellule sotto osservazione

All’improvviso, il lavoro degli scienziati ha preso una nuova direzione molto più interessante. È stato scoperto che la polarizzazione dei mitocondri (un cambiamento nella carica della loro membrana) può essere monitorata dalla durata della fluorescenza, che consente di distinguere più accuratamente i tipi di cellule, monitorare il lavoro dei mitocondri e il contenuto di ossigeno nella cellula . Quindi, usando FLIM, gli scienziati hanno mostrato come la carica della membrana aumenta al confine tra le fasi G1 e S del ciclo cellulare – nel momento in cui la cellula “decide” se dividerla o meno. La violazione del ciclo cellulare è direttamente correlata a una diminuzione della capacità del tessuto di rinnovarsi (invecchiamento), nonché alla divisione delle cellule tumorali.

A cosa serve il metodo?

Le possibilità di FLIM aumentano in modo significativo quando si passa a modelli di tessuto tridimensionali più complessi, ad esempio una coltura “organoide” dell’intestino tenue. Tale “mini-intestino” è una struttura multicellulare con un set completo di tutti i tipi di cellule epiteliali intestinali (comprese cellule staminali, enterociti, cellule Paneth, enteroendocrine e altri tipi). La coltura organoide consente di studiare lo sviluppo e il funzionamento dell’intestino, la sua interazione con la microflora, i farmaci e altre sostanze e può essere utilizzata nella ricerca su diabete, colite e cancro.

Gli autori hanno scoperto che il metodo FLIM è eccellente per l’analisi della coltura di tessuto organoide e integra gli approcci esistenti per rilevare le cellule staminali e valutare la loro capacità di dividersi. Pertanto, nella modalità FLIM, basata sulla polarizzazione dei mitocondri e sulla fase del loro ciclo cellulare, gli scienziati hanno identificato diverse sottopopolazioni di cellule staminali all’interno della nicchia staminale. Allo stesso tempo, l’analisi di oggetti tridimensionali viventi utilizzando il metodo 3D-FLIM richiede algoritmi di elaborazione dei dati migliorati ed è più impegnativa nella scelta del microscopio.

L’approccio descritto apre nuove prospettive nello sviluppo di tecnologie di coltura di cellule staminali e nella loro valutazione della qualità, stimola lo sviluppo di approcci di ingegneria tissutale e metodi di microscopia (in relazione ad altri modelli di organi e tessuti ottenuti in vitro), e sarà anche utile nella ricerca di base sulle cellule staminali.

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