Due strutture biologiche apparentemente identiche possono trovarsi in fasi diverse del proprio percorso vitale e mostrare comportamenti differenti. Per tracciare questo meccanismo cronologico, il team coordinato dal Synthetic Physiology Laboratory dell’Università di Pavia ha realizzato CALIPERS, acronimo di Cell-cycle-Aware Live-cell Imaging for Phenotyping Experiments and Regeneration Studies. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista scientifica «Nature Communications».
Le criticità della spettrometria tradizionale e l’innovazione di FUCCIplex
I sensori fluorescenti impiegati nella ricerca biologica emettono luce a determinate lunghezze d’onda per isolare proprietà e dinamiche delle unità cellulari. Molti dei traccianti usati per mappare la struttura e i segnali di calcio sfruttano i canali rosso e verde, la medesima combinazione adottata dai classici marcatori FUCCI. Per ovviare a questo problema di sovrapposizione cromatica, i ricercatori hanno ideato FUCCIplex, una nuova versione che impiega segnali ciano e infrarosso lontano, liberando le frequenze primarie per osservare simultaneamente actina e microtubuli.
Software open source e acquisizione adattiva per proteggere i campioni
A FUCCIplex si unisce FUCCIphase, un software open source sviluppato con il gruppo guidato dallo scienziato Florian Jug presso la fondazione Human Technopole. Il programma elabora i segnali e assegna alle strutture microscopiche un’indicazione temporale precisa. Il team ha integrato anche FUCCIsmart, un sistema di acquisizione adattiva che impiega frequenze luminose ridotte e aziona la ripresa tridimensionale ad alta definizione solo in prossimità della divisione, salvaguardando il campione biologico.
Applicazioni dai modelli di cellule staminali agli organoidi cardiaci
La piattaforma è stata testata su cellule epiteliali, cellule staminali pluripotenti indotte e organoidi cardiaci. L’analisi su questi cardioidi si è svolta in collaborazione con il laboratorio diretto dallo studioso Alessandro Bertero dell’Università di Torino, specializzato nei modelli derivati e nel sequenziamento dell’RNA. La tecnologia permette di distinguere la vera divisione dalla formazione multinucleata o dalla duplicazione del DNA, verificando la persistenza delle proprietà funzionali.
Il valore analitico per la medicina rigenerativa
«Con CALIPERS il ciclo cellulare non è più una variabile nascosta, ma diventa una coordinata del fenotipo. Possiamo osservare non soltanto che cosa sta facendo una cellula, ma anche in quale momento della sua storia biologica lo sta facendo. Questo aiuta a interpretare correttamente gli esperimenti e a valutare con maggiore rigore possibili strategie rigenerative», dichiara il docente Francesco S. Pasqualini, responsabile del Synthetic Physiology Laboratory. Lo studio è stato condotto con il coordinamento del ricercatore Moises Di Sante e dello specialista Francesco S. Pasqualini, insieme a studiosi e studiose degli atenei di Pavia, Torino e dell’istituto Human Technopole. L’attività ha ricevuto finanziamenti dallo European Research Council, dalla Chips Joint Undertaking, dal Ministero delle Imprese e del Made in Italy e dalle Marie Skłodowska-Curie Actions.