mercoledì 18 febbraio 2015

UNA NUOVA TECNICA SVELA I MOVIMENTI ALL'INTERNO DELLE CELLULE

I ricercatori del Center for Nanotechnology Innovation (CNI)  dell'Istituto Italiano di Tecnologia  ci informa che su Nature Communications (una delle riviste scientifiche più prestigiose al mondo) è stata pubblicata una nuova tecnica che svela i movimenti all’interno delle cellule, che potrebbe rivoluzionare la biologia cellulare. La scoperta permetterà di comprendere i meccanismi con cui le proteine, ma anche virus e batteri, si muovono all’interno di una cellula.

Piastra di Petri - Shutterstock

Lo studio descrive una nuova tecnica di osservazione ad alta risoluzione spaziale e temporale, in grado di svelare il movimento di molecole, quali proteine, acidi nucleici e perfino ioni, all’interno della cellula. La nuova tecnica ha permesso per la prima volta l’identificazione di nanocavità contenenti acqua all’interno del citoplasma, che le molecole usano come “binari” lungo i quali spostarsi in modo più efficace per attraversare l’ambiente cellulare per raggiungere la loro meta.

La nuova tecnica si basa sull’utilizzo di proteine fluorescenti che esplorano liberamente l’ambiente cellulare e vengono fotografate durante il loro movimento. I risultati prodotti mostrano la diffusione delle proteine con una risoluzione temporale di 1 microsecondo (1 milionesimo di secondo, 100 volte più veloce di quanto possibile con le tecniche attuali) e su scala nanometrica (un miliardesimo di metro).

iMSD analysis of ​GFP diffusing in the cell cytoplasm.

“Grazie a questa risoluzione senza precedenti abbiamo potuto svelare come è organizzata la vita all’interno della cellula. È un po’ come essere al posto della proteina e vedere ciò che lei vede mentre si sposta all’interno della cellula” spiega Francesco Cardarelli, ricercatore del centro IIT (CNI) e coordinatore dello studio. “Abbiamo potuto osservare, così, che la cellula possiede delle nanocavità contenenti acqua mai osservate prima d’ora, dentro cui la proteina diffonde liberamente, facilitando il raggiungimento del suo obiettivo”.

La tecnica sviluppata, oltre ad aprire una nuova frontiera per la comprensione dei meccanismi fondamentali che regolano la vita della cellula stessa, permetterà di studiare a e capire a fondo le interazioni di cellule viventi con farmaci, nanoparticelle ma anche con i patogeni naturali.

“Saremo in grado di seguire il percorso di virus o batteri, ad esempio, all’interno della cellula” - afferma Cardarelli – “ma potremo anche seguire e prevedere il percorso di un farmaco così da ottimizzare le terapie”. 

Da diversi decenni era noto che la diffusione delle sostanze in soluzione acquosa poteva essere descritta da un movimento studiato da Jan Ingenhousz e riscoperto nel 1828 da Robert Brown (osservato sul moto del polline in una sospensione acquosa), per poi avere una trattazione matematica rigorosa solo agli inizi del Novecento con Louis Bachelier  e Albert Einstein

Noto come "movimento browniano" il meccanismo è tuttavia troppo lento e casuale per il trasporto a lunga distanza di sostanze laddove si rendano più necessarie, soprattutto in cellule più grandi. Si è ormai capito da alcuni anni che le cellule hanno fortemente sviluppato meccanismi più complessi per il trasporto diretto dei materiali. 

Lo studio ha dimostrato dunque che nel nanomondo cellulare, al di sotto dei 100 nanometri, le molecole seguono un comportamento diverso e dissimile da quello delle  soluzioni acquose  descritte dal lavoro di Brown. 

L'organizzazione strutturale e funzionale della cellula potrà essere ora approfondita ulteriormente, comportando, a lungo termine, la possibilità di ingegnerizzare strumenti di intervento, a scopo diagnostico o tereapeutico, più idonei ed efficaci.


Fonte:  Nature Communications

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