Nanoparticelle Immagine: le nanoparticelle lipidiche sono efficaci veicoli per la somministrazione di farmaci, ma spesso sono troppo piccole per essere analizzate con la microscopia ottica convenzionale. Crediti: Kateryna Kon/Science Photo Library/Getty Images.
Le nanoparticelle sono fattori chiave nello sviluppo di farmaci moderni e si dimostrano promettenti in ambito diagnostico. La microscopia a localizzazione di singole molecole consente ai ricercatori di analizzarle in un modo completamente nuovo.
Nel settore biotecnologico, le cose buone si trovano in confezioni piccole. Ad esempio, progressi come i vaccini a RNA e le terapie geniche sono stati sostenuti dallo sviluppo di minuscole nanoparticelle lipidiche (LNP) che contribuiscono a somministrare questi trattamenti.
Parallelamente, gli scienziati hanno dimostrato che bolle di membrana di dimensioni nanometriche, note come vescicole extracellulari (EV), possono fornire una finestra sulla salute umana, rivelando la presenza di tumori e i segni distintivi di altre patologie. Tijana Jovanovic-Talisman, chimica biofisica presso la City of Hope di Los Angeles, afferma che quando si campionano EV dal sangue o da altri fluidi corporei, “si ottengono informazioni da molti organi diversi”.
Le EV e le LNP misurano tipicamente da decine a centinaia di nanometri. Questa è una dimensione troppo minuscola per la microscopia ottica convenzionale, dove il limite di diffrazione rende impossibile distinguere oggetti più piccoli di 200-300 nanometri. Ma una categoria di imaging a super risoluzione chiamata microscopia a localizzazione di singola molecola (SMLM) sta aiutando i ricercatori a superare questa limitazione.
Il vantaggio SMLM
I biologi utilizzano abitualmente coloranti e proteine fluorescenti per marcare i bersagli cellulari. I metodi basati su SMLM sfruttano le caratteristiche distintive di questi marcatori, generando una sequenza di fotogrammi in cui solo un piccolo sottoinsieme dei tag fluorescenti di un campione è “attivo” in un dato istante. La sequenza può quindi essere ricostruita per formare un’immagine completa del campione in scala nanometrica, con una risoluzione irraggiungibile dalla microscopia standard.
Bernhard Valldorf, responsabile del target per il rilascio mirato di mRNA presso Merck KGaA, utilizza la tecnologia SMLM di ONI, specialista in nanoimaging, per supportare lo sviluppo di LNP di nuova generazione. Caratterizzare le dimensioni, la composizione e la funzione di queste nanoparticelle richiede in genere una serie di test e strumenti specializzati, ma la tecnologia SMLM consente la valutazione simultanea di più caratteristiche delle LNP.
“È possibile colorare l’mRNA con un colorante e colorare la superficie della nanoparticella lipidica con un altro”, afferma Valldorf. “Ci sono moltissimi parametri che si possono analizzare: si può osservare la dimensione, o se le particelle sono effettivamente cariche di RNA o sono vuote”. Questo stesso approccio può essere utilizzato anche per visualizzare simultaneamente altri marcatori sulla superficie della nanoparticella lipidica (LNP), come i ligandi che facilitano il target specifico per ogni cellula.
Nell’ambito delle vescicole extracellulari (EV), Jovanovic-Talisman si confronta con la varietà di particelle che le cellule possono rilasciare nell’organismo. “Abbiamo vescicole extracellulari provenienti da ogni tipo di cellula del corpo, e quelle a cui teniamo sono spesso molto rare“, afferma. Per superare questo problema, il suo team ha sviluppato un metodo SMLM chiamato nanoscopia a vescicola extracellulare singola per isolare, visualizzare e quantificare sottoinsiemi di EV. Questa tecnica aiuta a identificare biomarcatori per il cancro al pancreas e al seno, ma Jovanovic-Talisman intravede opportunità anche al di là dell’oncologia.
Agli albori dell’SMLM, questi esperimenti di imaging erano difficili da condurre e analizzare, ma sistemi commerciali come Aplo Scope e Nanoimager di ONI hanno abbassato la barriera d’ingresso per utenti come Valldorf, relativamente nuovo all’SMLM. “Volevamo qualcosa che ci facilitasse l’ingresso”, afferma, “con un software intuitivo e una buona collaborazione con il produttore”.
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Valldorf è rimasto colpito da ciò che ha visto finora e il suo team prevede di utilizzare il Nanoimager per studiare come le LNP si legano a specifici recettori di superficie e rilasciano il loro carico all’interno delle cellule. Ma anche i veterani dell’SMLM come Jovanovic-Talisman, che in precedenza ha lavorato con uno dei pionieri della tecnologia, rimangono stupiti dalle possibilità.
“Non smetto mai di emozionarmi nel vedere queste singole molecole davanti a me”, dice.
Fonte:Nature