Per i biologi, vedere è credere. Ma a volte i biologi hanno difficoltà a vedere.
Una sfida particolarmente irritante è vedere tutte le molecole in un campione di tessuto intatto, fino al livello di singole cellule, contemporaneamente. Il rilevamento della posizione di centinaia o migliaia di biomolecole – dai lipidi ai metaboliti alle proteine - nel loro ambiente nativo consente ai ricercatori di comprendere meglio le loro funzioni e interazioni. Sfortunatamente, gli scienziati non hanno ottimi strumenti per svolgere questo compito.
I metodi di imaging, tra cui la maggior parte dei tipi di microscopia, forniscono una vista delle molecole all’interno delle cellule. Ma possono tracciare solo una manciata di molecole selezionate contemporaneamente e non possono rilevare tutti i tipi di biomolecole, inclusi alcuni lipidi. Altri metodi, come la normale spettrometria di massa, possono rilevare centinaia di molecole ma non funzionano su campioni intatti, quindi i ricercatori non possono vedere come sono orientate le biomolecole.
Una tecnica promettente – imaging di spettrometria di massa – supera alcune di queste sfide. Permette ai ricercatori di vedere centinaia di molecole contemporaneamente nei tessuti intatti. Tuttavia, non ha una risoluzione abbastanza elevata da consentire il rilevamento a livello di singola cellula.
Questo è stato il problema che il leader del gruppo senior di Janelia Meng Wang ha dovuto affrontare. Wang e il suo team studiano i meccanismi fondamentali alla base dell’invecchiamento e della longevità e volevano rilevare molte diverse biomolecole nei tessuti intatti per capire come i componenti cambiano con l’età dei tessuti.
“Conoscere in ogni posizione specifica quali molecole ci sono e cosa c’è nelle cellule vicine è molto importante per qualsiasi tipo di domanda biologica”, afferma Wang.
Fortunatamente, il laboratorio di Wang è lungo il corridoio dal principale scienziato di Janelia Paul Tilberg. Tillberg ha co-inventato una tecnica chiamata microscopia di espansione come studente laureato al MIT. Il metodo utilizza un materiale idrogel gonfio per espandere i campioni in modo uniforme in tutte le direzioni fino a un punto in cui i dettagli fini, come la struttura delle sub-organelle, possono essere rilevati con un microscopio convenzionale.
Ora un decennio, il processo di espansione viene applicato ad altri metodi al di fuori della microscopia tradizionale. Wang, Tillberg e i loro collaboratori a Janelia e all’Università del Wisconsin-Madison hanno voluto vedere se potevano usare l’espansione per superare il problema della risoluzione spaziale dell’imaging di spettrometria di massa.
Il risultato è un nuovo metodo che espande gradualmente campioni di tessuto senza degradarli a livello molecolare, come accade nel processo di espansione originale. Espandendo i campioni intatti in tutte le direzioni, i ricercatori possono utilizzare l’imaging di spettrometria di massa per rilevare simultaneamente centinaia di molecole a livello di singola cellula nelle loro posizioni native.
“Questo ti consente di avere uno sguardo non mirato nello spazio molecolare e stiamo cercando di avvicinarlo a ciò che la microscopia può fare in termini di risoluzione spaziale”, afferma Tillberg.
Il team ha utilizzato la nuova tecnica per delineare i modelli spaziali specifici di piccole molecole in diversi strati del cervelletto. Hanno scoperto che queste molecole – tra cui lipidi, peptidi, proteine, metaboliti e glicani – non sono distribuite uniformemente, come si pensava in precedenza. Inoltre, hanno scoperto che ogni strato specifico del cervelletto ha la sua firma di lipidi, metaboliti e proteine.
Il team è stato anche in grado di rilevare biomolecole in reni, pancreas e tessuti tumorali, dimostrando che il metodo può essere adattato per molti diversi tipi di tessuti. Nei tessuti tumorali, sono stati in grado di visualizzare grandi variazioni nelle biomolecole, che potrebbero essere utili per comprendere i meccanismi molecolari dei tumori e potenzialmente aiutare nello sviluppo dei farmaci.
“Quando puoi vedere queste biomolecole, puoi iniziare a capire perché hanno tali schemi e come ciò sia correlato alla funzione”, afferma Wang. Crede che la nuova tecnologia consentirà ai ricercatori di tracciare questi modelli durante lo sviluppo, l’invecchiamento e le malattie per capire come le molecole diverse contribuiscono a questi processi.
Poiché il nuovo metodo non richiede l’aggiunta di hardware a un sistema di imaging di massa di massa esistente e la tecnica di espansione è relativamente facile da imparare, il team spera che sarà utilizzato da molti laboratori in tutto il mondo. Sperano anche che la nuova tecnica renderà l’imaging delle specifiche di massa uno strumento più utile per i biologi e abbiano disposto una descrizione dettagliata del nuovo metodo e una tabella di marcia per adattarlo ad altri tipi di tessuto.
“Volevamo sviluppare qualcosa che non richiedeva strumenti o procedure specializzate, ma che può essere ampiamente adottato”, afferma Wang.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com