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Tracciatori d’oro per cellule staminali in organismi vivi

L’applicazione di cellule staminali in medicina rigenerativa (RM) richiede metodi efficaci di tracciamento cellulare. La combinazione di nanotecnologie e nuove tecniche di imaging è emersa come valido approccio per un migliore monitoraggio cellulare.
Tracciatori d’oro per cellule staminali in organismi vivi
La terapia a base di cellule staminali ha un potenziale impareggiabile per tantissime malattie. Ma un alto numero di terapie a base di cellule staminali fallisce prima di poter essere tradotto in applicazioni cliniche. La capacità di tracciare il destino delle cellule trapiantate e monitorare l’efficienza degli innesti favorirebbe la traduzione clinica.

Il progetto NANOSTEMCELLTRACKING (Nanoparticle probes for photoacoustic tracking of stem cell), finanziato dall’UE, ha sviluppato un nuovo metodo per tracciare le cellule staminali in vivo utilizzando nanobarre d’oro come marcatori cellulari e una tecnica di imaging chiamata tomografia optoacustica multispettrale (multispectral optoacoustic tomography, MSOT) per il rilevamento.

L’applicazione della MSOT include l’irraggiamento dell’oggetto con luce pulsata, l’assorbimento della quale genera un’espansione termica. Questa emana onde di pressione che originano un segnale a ultrasuoni che viene trasformato in un’immagine. La tecnica utilizza quindi la luce come fonte di eccitazione e gli ultrasuoni per il rilevamento, fornendo un’eccellente risoluzione a una profondità fino a 5 cm all’interno del tessuto.

Come agenti di contrasto per la MSOT i ricercatori hanno utilizzato nanobarre d’oro, che hanno un forte assorbimento nel vicino infrarosso, la regione dello spettro in cui l’assorbimento da parte del tessuto biologico è minimo.

La fase iniziale del progetto prevedeva l’ottimizzazione della sintesi delle nanobarre d’oro per la marcatura delle cellule staminali. In particolare i ricercatori hanno modificato le nanobarre con gusci in silice per prevenire l’aggregazione intracellulare. Gli esami di tossicità hanno mostrato che le nanobarre modificate non erano tossiche e non influenzavano il potenziale di differenziazione delle cellule staminali.

La valutazione in vivo ha dimostrato una sensibilità straordinaria dell’intero sistema di marcatura e rilevamento, che è stato in grado di monitorare solo 10 000 cellule marcate con nanobarre d’oro per 20 giorni con una risoluzione di 200 micrometri. Contrariamente ad altre tecniche a base ottica la MSOT permette il tracciamento degli innesti marcati con un’eccellente risoluzione spaziale 3D in profondità nei tessuti.

I ricercatori hanno inoltre valutato il potenziale delle nanobarre d’oro per la marcatura e il rilevamento simultanei di varie popolazioni cellulari. Hanno utilizzato nanobarre con un diverso rapporto di aspetto per marcare cellule differenti e le hanno monitorate in vivo. La preservazione delle caratteristiche di assorbimento delle nanobarre ha permesso di distinguere le due popolazioni cellulari e svolgere test di co-localizzazione.

Le scoperte del progetto sono importanti per i settori dell’oncologia sperimentale e clinica, che possono beneficiare della facoltà di monitorare le cellule. La possibilità di tracciare le cellule in tempo reale potrebbe aiutare a comprenderne meglio il potenziale immunoterapico oltre a ottimizzare la progettazione dei farmaci.

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Keywords

Cellula staminale, medicina rigenerativa, monitoraggio cellulare, nanobarre d’oro, tomografia opto-acustica multispettrale
Numero di registrazione: 190982 / Ultimo aggiornamento: 2017-02-01