Come studiare le cellule senza toccarle, con la luce

(Cnr) – I Ricercatori del Consiglio nazionale delle ricerche, Istituto officina dei materiali (Iom-Cnr) di Perugia e Istituto di biofisica (Ibf-Cnr) di Trento, in collaborazione con colleghi dell’Università di Perugia, hanno messo a punto uno spettrometro innovativo che, sfruttando l’interazione della luce con la materia, misura simultaneamente e senza necessità di contatto le proprietà meccaniche e chimiche di cellule viventi e tessuti, con risoluzione spaziale sub-micrometrica. La tecnica sperimentale e non invasiva promette importanti applicazioni nel settore biomedico.

“Sappiamo che le cellule hanno proprietà e forme diverse a seconda della loro funzione e del loro stato, e che modifiche nell’elasticità cellulare o dei tessuti biologici in generale sono causa o indicatori di diverse patologie”, afferma Silvia Caponi (Iom-Cnr), ricercatrice che ha coordinato lo studio pubblicato su Light: Science & Applications. “Ad esempio, le coronarie indurite generano problemi cardiaci, l’indebolimento delle ossa causa complicazioni ortopediche, modifiche elastiche nel tessuto corneale generano patologie oculari. Oggi, grazie a questa tecnica saremo in grado di individuare precocemente i segnali meccanici cellulari che indicano l’insorgere di possibili disturbi”.

La tecnica utilizza una modalità di indagine della materia propria dell’ottica e della fotonica. “Lo studio ha dimostrato la possibilità di misurare le variazioni dell’elasticità all’interno della singola cellula dovute alla presenza delle diverse strutture sub-cellulari”, aggiunge Mauro Dalla Serra (Ibf-Cnr). “I risultati più promettenti dal punto di vista applicativo sono stati ottenuti confrontando cellule in condizioni fisiologiche o patologiche. Ci si è accorti che cellule tumorali sono significativamente più soffici rispetto a quelle sane, mostrando una riduzione complessiva dei moduli elastici (15%) e della viscosità (50%). Queste proprietà possono spiegare il potenziale invasivo osservato nelle cellule tumorali: la loro aumentata capacità di deformazione ne aiuta la diffusione attraverso la matrice extracellulare favorendo lo sviluppo di metastasi. Le proprietà meccaniche delle cellule, pertanto, potranno costituire grazie a questa tecnica un nuovo e prezioso bio-marker per numerose patologie, e un potenziale strumento di diagnosi anche per le patologie tumorali”.

Riferimenti: Non-contact mechanical and chemical analysis of single living cells by micro-spectroscopic techniques; S. Mattana, M. Mattarelli, L. Urbanelli, K. Sagini, C. Emiliani, M. Dalla Serra, D. Fioretto and S. Caponi; Light: Science & Applications