Analisi cellulare dal vivo: una finestra sui processi biologici in azione
L'analisi cellulare dal vivo, detta anche live-cell imaging, è lo studio in tempo reale di processi biologici dinamici in cellule viventi, resa possibile per mezzo di tecniche di microscopia combinate con l’uso di software avanzati.
Come funziona l’analisi cellulare dal vivo?
L’’analisi cellulare dal vivo offre informazioni dettagliate su funzione e salute cellulare, superando i limiti di tecniche che forniscono un'istantanea statica, come possono essere ad esempio la citometria a flusso o la PCR che effettuano l’analisi dei campioni in un singolo istante specifico. Le tecniche utilizzate includono il monitoraggio della migrazione, proliferazione e vitalità, spesso senza marcatura, per preservare la vitalità cellulare e consentire analisi su più fasi. Pertanto si avvale anche di microscopia time-lapse allo scopo di acquisire nel tempo immagini e video delle cellule analizzate, ma anche dell’ausilio di proteine fluorescenti, microscopia e software di analisi.
Va anche detto però che l’uso di coloranti fluorescenti non è sempre ottimale, in quanto può essere invasivo ed alterare i risultati. Pertanto, in queste fattispecie si consiglia di usare tecniche come la tecnologia "StainFree" oppure l'impedenza in tempo reale che permette di preservare la vitalità cellulare per poter effettuare su quelle stesse cellule analisi successive.
L’analisi cellulare dal vivo: uno studio in vivo italo- olandese
Un interessante studio in vivo pubblicato sulla rivista PNAS (Proceedings of the National Academy of Science), ad opera dei ricercatori dell’Università degli Studi di Milano, in collaborazione con la Radboudv University Medical Centre in Olanda, ha mostrato come avviene “in vivo” l’invasione collettiva nel derma delle cellule tumorali.
Si sa infatti da tempo che le cellule sono capaci di muoversi singolarmente oppure in gruppo, ma finora gli studi erano per lo più svolti in vitro: pertanto sono partiti dall’osservazione che il 90% delle morti da tumore sono legati alle metastasi, tumori secondari che si formano a distanza dal tumore iniziale originatesi da cellule malate del tumore primario che sono migrate. Quindi è fondamentale comprendere i meccanismi alla base di tale migrazione allo scopo di identificare nuove strategie che permettano di intervenire sulle metastasi.
I ricercatori si sono avvalsi dell’analisi cellulare dal vivo messa in atto grazie alla microscopia intraviteale a multi fotone. Attraverso questa tecnica, che permette una ricostruzione delle immagini in 3D osservando i tessuti in alta risoluzione e su diversi piani focali, è emerso che le cellule usano un modo di migrazione multicellulare, muovendosi in modo poco coeso e con un moto turbolendo, che si auto-organizza in percorsi persistenti alternati, ove le cellule si spostano dal tumore originale avanti ed indietro, usando interstizi che sono già presenti nei tessuti.
Da queste osservazioni, è stato evidenziato come le cellule si fanno largo fra i tessuti comprimendoli, evidenziando che la presenza di un tessuto, in grado di racchiudere e comprimere il tumore ha un ruolo centrale sia nel moto sia nell’organizzazione delle cellule tumorali stesse. Si è inoltre visto che la migrazione collettiva ad opera delle cellule tumorali avviene tramite le vie sfruttare dai linfociti T del sistema immunitario umano.
Analisi cellulare dal vivo: i suoi indubbi vantaggi
Monitorare le cellule dal vivo apre nuove prospettive per la ricerca non solo sulle malattie e la loro evoluzione, ma anche sullo sviluppo di farmaci e terapie personalizzate, oltre che ad aprire nuovi scenari nell’ambito della biologia e della genetica.
I dati dinamici così ottenuti permettono di vedere anche l’evoluzione delle cellule nel tempo, non solo “congelandole” al momento dell’analisi per quanto riguarda la loro citoarchitettura o il loro stato. Inoltre permette di risparmiare tempo e risorse rispetto a protocolli che necessitano fissazione e colorazione, in quanto si possono effettuare su campioni vitali analisi multiple.
Tutto questo permette di combinare immagini (cioè dati qualitativi) con misurazione della massa cellulare o conteggio delle cellule stesse (cioè dati quantitativi ) al fine di comprendere al meglio i processi cellulari.
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Fonti
O. Chepizhko, J. Armengol-Collado, S. Alexander, E. Wagena, B. Weigelin, L. Giomi, P. Friedl, S. Zapperi, & C.A.M. La Porta, Confined cell migration along extracellular matrix space in vivo, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (1) e2414009121, https://doi.org/10.1073/pnas.2414009121 (2025).
