La ricerca in collaborazione presso l’Università di Cincinnati ha sviluppato una nuova sonda per studiare meglio le cellule che ha già portato a nuove conoscenze su alcuni processi cellulari.
Jiajie Diao, PhD, e Yujie Sun, PhD, della UC sono gli autori principali di una nuova ricerca pubblicata il 4 maggio in Sensori ACS.
Concentrati sugli endolisosomi
La ricerca del team si è concentrata sugli organelli, o strutture specializzate che svolgono vari compiti all’interno delle cellule, chiamate endolisosomi. I lisosomi sono organelli che fungono da “centro di riciclaggio” della cellula, riutilizzando blocchi di costruzione rotti o malfunzionanti per scopi diversi, e gli endolisosomi sono un sottoinsieme di lisosomi che iniziano come un organello diverso chiamato endosoma.
I lisosomi sono un organello importante da studiare perché le anomalie possono portare a quelle che vengono chiamate malattie da accumulo lisosomiale che causano accumuli di sostanze tossiche nelle cellule. Le anomalie nella funzione dei lisosomi sono anche associate a malattie neurodegenerative e cancro.
“Se i lisosomi non funzionano normalmente, la cellula accumulerà molti rifiuti, portando infine alla morte cellulare”, ha affermato Diao, membro del Cancer Center dell’Università di Cincinnati e professore associato presso il Dipartimento di biologia del cancro presso il College of Medicine della UC.
Nel processo di transizione da un endosoma a un lisosoma, questi organelli cambiano i loro livelli di pH da un ambiente neutro a un ambiente acido. Se l’ambiente non è abbastanza acido, i lisosomi non possono svolgere correttamente il loro lavoro di pulizia e riciclaggio dei rifiuti.
“Stiamo cercando di immaginare questo processo e cercando di tracciare l’intero processo di cambiamento dell’endolisosoma e cercando di capire in quale stato e in quale posizione questi endolisosomi diventeranno anormali”, ha detto Diao.
Nuova sonda
Il team di Diao e Sun ha pubblicato lo scorso anno una ricerca sulla sonda ECGreen che ha assunto una tonalità di verde più brillante quando l’ambiente cellulare diventa più acido. Sebbene sia stato un passo avanti, Diao ha affermato che ECGreen aveva ancora dei limiti.
“È difficile valutare il valore assoluto, perché posso solo sapere che è diventato più basso”, ha detto Diao. “L’intensità diventa più alta, ma quanto è alta? Non c’è modo di calibrare effettivamente questo valore.”
La sonda più recente sviluppata dal team è verde quando si trova in un ambiente neutro e passa a un colore rosso quando l’ambiente cellulare diventa più acido.
“Quindi abbiamo segnali rossi e segnali verdi e, calcolando il rapporto, possiamo calibrare il valore esatto del pH”, ha detto Diao. “Questo è più robusto e più preciso per misurare il pH all’interno dell’endolisosoma, quindi questo è un grande vantaggio”.
“La nostra sonda mostra un’eccellente fluorescenza sensibile al pH negli endolisosomi in diversi stadi di interesse”, ha aggiunto Sun, membro del Cancer Center, professore associato e co-direttore del programma di laurea presso il Dipartimento di Chimica della UC.
Ricerca in azione
Quando l’ambiente di una cellula cambia, come quando una cellula è danneggiata, deve aumentare il numero di lisosomi per riciclare o ripulire la cellula. Ma il processo utilizzato dalle cellule per aumentare il numero di lisosomi non era noto in precedenza.
Usando la nuova sonda, i ricercatori hanno scoperto che indipendentemente dall’ambiente in cui si trova una cellula, e se si tratta di una cellula normale o anormale, manterrà un rapporto costante di endosomi che poi converte in lisosomi.
“Applicando la piccola sonda molecolare nelle cellule vive, siamo stati in grado di rivelare un tasso di conversione costante dai primi endosomi agli ultimi endosomi/lisosomi”, ha detto Sun. “Siamo abbastanza felici di essere stati in grado di rivelare questo tasso di conversione costante”.
Diao ha osservato che per la prima volta il team ha scoperto che questo processo dall’endosoma al lisosoma è governato da un complicato processo controllato dalle proteine.
“Questo processo è altamente regolamentato e non puoi saltare alcun passaggio, anche se si tratta di un’emergenza”, ha affermato Diao.
Applicazioni della sonda
Oltre agli usi descritti nella ricerca pubblicata, Diao ha affermato che esistono numerose altre applicazioni per la nuova sonda.
“Possiamo conoscere la posizione dell’endolisosoma, possiamo conoscere il numero, possiamo conoscere il cambiamento di pH, possiamo conoscere la dimensione dell’endolisosoma”, ha detto. “Alla fine avremo tutti i parametri sugli endolisosomi all’interno della cellula”.
Con tutte queste informazioni, il team sta lavorando per sviluppare un software di apprendimento automatico che sarà in grado di profilare le anomalie cellulari e diagnosticare rapidamente i problemi dei lisosomi che potrebbero portare a malattie. Questo metodo sarebbe più veloce e più conveniente rispetto all’attuale sequenziamento di geni e proteine, e in pratica potrebbe essere solo un paziente sano che effettua un semplice esame del sangue che dice loro se hanno fattori di rischio per alcune malattie lisosomiali.
“Devi solo fare la colorazione e in 10 minuti hai tutte le informazioni”, ha detto Diao. “In realtà stiamo cercando di sviluppare un sistema con queste sonde in modo da poter fare una diagnosi veloce”.
I ricercatori stanno anche studiando trattamenti che influenzano il processo di transizione dall’endosoma al lisosoma per accelerare il complicato processo, compresa la ricerca che utilizza la luce per accelerare il processo.
“I risultati della nostra ricerca dimostrano che si tratta di una direzione estremamente promettente nella progettazione e nello sviluppo di piccole sonde fluorescenti per applicazioni di bioimaging, specialmente se abbinate alla microscopia ad alta risoluzione”, ha affermato Sun. “Continueremo a sviluppare nuove sonde fluorescenti con molteplici funzioni”.
Altri ricercatori della UC hanno iniziato a utilizzare la sonda e il team sta lavorando per brevettare e commercializzare la tecnologia.
“Penso che questo sia un lavoro davvero classico derivante dalla collaborazione”, ha detto Diao. “Il dottor Sun e il nostro gruppo lavorano insieme e in realtà rendiamo l’intero processo molto veloce ed efficiente. Vogliamo accelerare tutta questa scoperta.”
“L’esperienza complementare del Dr. Diao e dei miei gruppi rende davvero possibile lavorare su questi progetti di collaborazione”, ha aggiunto Sun. “L’interazione sinergica tra i nostri gruppi è la chiave del successo”.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
