Immagini tridimensionali rapide delle strutture cellulari infettate dal coronavirus
Per comprendere il modo in cui si diffondono malattie come la COVID-19, gli scienziati hanno analizzato la struttura delle cellule ospiti che sono state infettate dal virus. Le tecniche basate sulla fluorescenza e sulla microscopia elettronica impiegate sinora al fine di visualizzare la struttura tridimensionale delle cellule infette sono molto dispendiose in termini di tempo e generano una quantità troppo elevata di dati. I ricercatori sostenuti dai progetti IndiGene e CoCID, finanziati dall’UE, hanno ora adattato una tecnica chiamata tomografia a raggi X morbidi (SXT, Soft X-ray Tomography) con rotazione completa allo scopo di produrre immagini tridimensionali ad alta risoluzione delle cellule infettate dal virus e dei loro cambiamenti strutturali, in meno di dieci minuti. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista «Cell Reports Methods». «I microscopi elettronici a scansione sono la soluzione più adottata nell’imaging cellulare in quanto forniscono immagini su scala nanometrica estremamente nitide», spiega la dott.ssa Venera Weinhardt, autrice senior e ricercatrice presso l’Università di Heidelberg in Germania, partner dei progetti IndiGene e CoCID, in un articolo pubblicato sul sito web dell’ateneo. «Impiegando questa tecnologia, tuttavia, è necessaria ben una settimana per effettuare la scansione di una singola cellula e viene inoltre generata un’enorme quantità di dati, le cui analisi e interpretazioni richiedono ardui sforzi. Il ricorso alla tomografia a raggi X morbidi, invece, ci consente di ottenere risultati utilizzabili in un lasso di tempo compreso tra i cinque e i dieci minuti.»
Il segreto sta nel supporto
Sebbene la SXT sia in grado di effettuare l’imaging di intere cellule, numerosi studi svolti con questa tecnica su cellule infettate da virus non sono riusciti a sfruttare al meglio tale capacità. Come mai? Perché i supporti portacampioni dei microscopi utilizzati sono costituiti da una griglia piatta: in altri termini, sono gli stessi impiegati nella tomografia elettronica. Quando tali supporti piatti vengono inclinati, lo spessore dei campioni subisce un’alterazione che comporta la sfocatura di alcune strutture cellulari. Dato che la planarità dei supporti portacampione rende complesso il compito di scansionare le cellule da tutte le angolazioni, ne derivano anche dei punti ciechi. Inoltre, le cellule possono rientrare o meno nel campo visivo della piastra, per cui può essere necessario congiungere più tomogrammi per visualizzarle nella loro interezza. Da ciò deriva la possibilità di effettuare l’imaging solamente di un piccolo campione della cellula invece che di tutte le strutture al suo interno, il che rende difficile per gli scienziati tenere traccia dei cambiamenti cellulari legati a un’infezione virale. «Per superare questo problema, siamo passati a utilizzare capillari cilindrici in vetro a parete sottile come supporto per i campioni. Nel corso della microscopia, i campioni possono effettuare una rotazione completa di 360° e quindi essere scansionati da tutte le angolazioni», spiega la dott.ssa Weinhardt. Grazie all’impiego di questi supporti cilindrici, il team di ricerca è stato in grado di svolgere l’imaging di intere cellule di mammifero ricorrendo a un solo tomogramma. Inoltre, i ricercatori hanno eseguito un tomogramma a rotazione completa delle cellule epiteliali di un polmone umano in meno di dieci minuti, «dimostrando che la SXT può visualizzare aggregazioni specifiche di virioni del SARS-CoV-2 sulla superficie cellulare e sulle vescicole a doppia membrana, ovvero i siti in cui avviene la replicazione dell’RNA nel citoplasma delle cellule infette», secondo quanto pubblicato nello studio. Per di più, il team del progetto ha raffrontato alcune strutture cellulari 6 e 24 ore in seguito all’infezione con cellule infette modello, portando alla luce «profondi» cambiamenti nella struttura subcellulare indotti dal virus. I risultati dello studio mettono in evidenza la capacità della SXT di visualizzare e quantificare i cambiamenti che avvengono all’interno di intere cellule. Il progetto IndiGene (Genetics of Individuality) è ospitato dal Laboratorio europeo di biologia molecolare, in Germania. Il progetto CoCID (Compact Cell-Imaging Device to provide insight into the cellular origins of diseases and to aid in the development of novel therapeutics) è coordinato dallo University College di Dublino. Per maggiori informazioni, consultare: progetto IndiGene sito web del progetto CoCID
Parole chiave
IndiGene, CoCID, SARS-CoV-2, virus, cellula, tomografia a raggi X morbidi, coronavirus, COVID-19