Una nuova tecnologia per l’analisi metabolica a livello di singole cellule
I processi biologici sono estremamente complessi e coinvolgono fenomeni e risposte multiparametrici a differenti segnali intra- ed extracellulari. Per comprendere la risultante eterogeneità dei fenotipi è necessario studiare sperimentalmente le cellule singole dal momento che le analisi a livello di popolazioni possono mascherare il comportamento delle cellule singole. L’iniziativa ISOLATE (Developing single cell technologies for systems biology), finanziata dall’UE, ha rappresentato una rete di formazione iniziale per i ricercatori rispetto alle analisi su singole cellule per lo studio di fenomeni biologici complessi. Il programma prevedeva una serie di tecniche incluse bioingegneria, chimica analitica e biologia dei sistemi per rispondere a domande biologiche chiave su metabolismo e segnalazione in salute e malattia. I ricercatori hanno sviluppato dispositivi basati sulla microfluidica per la coltivazione di cellule singole, metodi ottici altamente sofisticati per l’analisi delle proteine e strumenti per l’analisi dei metaboliti. Il chip microfluidico per la coltura cellulare ha permesso l’isolamento e la coltivazione di singole cellule in condizioni ambientali controllate. Queste cellule sono state sottoposte ad analisi downstream tramite pinzette e imaging ottici olografici. A tal fine è stato utilizzato un microscopio a fluorescenza per molecole singole in grado di fornire immagini su scala temporale di millisecondi nelle singole cellule. L’intera piattaforma è stata testata su singole cellule di lievito Saccharomyces cerevisiae portatrici di nuove fusioni genomiche fluorescenti dello shuttling tra nucleo e citosol del fattore di trascrizione Mig1. Ciò ha permesso ai ricercatori di identificare i comportamenti dinamici in condizioni metaboliche differenti e visualizzare l’assorbimento di glucosio nelle cellule di lievito. È stato osservato che sebbene la localizzazione nel citoplasma o nel nucleo di Mig1 dipendeva dalla concentrazione di glucosio, vi era sempre una frazione nucleare sottoposta a traffico dinamico. Un altro risultato significativo di ISOLATE è stato lo sviluppo di un sensore ATP in grado di rilevare l’autofluorescenza di NAD(P)H che potrebbe essere utilizzata per studiare il metabolismo a livello di singole cellule. In questo sistema gli scienziati hanno adottato i biosensori metabolici Peredox e TRACK. Nel loro insieme i principali risultati del progetto costituiscono strumenti importanti per le analisi di singole cellule, che permettono ai ricercatori di studiare fenomeni complessi.
Parole chiave
ISOLATE, microfluidica, pinzette ottiche, Saccharomyces cerevisiae, Mig1
