Ricerche

Una tecnica innovativa messa a punto da un team di ricerca del Cnr-Isof in collaborazione con la Boston University ha rivelato differenze cruciali nelle strutture proteiche degli astrociti, cellule cerebrali vitali per la salute del cervello: è stata così individuata una ‘firma proteica’ dalla quale trarre informazioni sullo stato di buona salute di tali cellule rispetto a cellule malate. 

Astrociti non differenziati (sx) e differenziati (dx) su nanomateriali al microscopio fototermico infrarosso Fonte: Samolis et al / AdvSci

Uno studio pionieristico Italia-Usa ha rivelato differenze molecolari e funzionali cruciali nelle strutture proteiche degli astrociti, cellule cerebrali a forma di stella, vitali per la salute del cervello: la ricerca, pubblicata su Advanced Science, guidato dal team di ricerca della Prof.ssa Michelle Y. Sander della Boston University, e dal gruppo di Valentina Benfenati dall’Istituto per la sintesi organica e la fotoreattività del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Bologna (Cnr-Isof).

Sfruttando la tecnica della microscopia fototermica multispettrale a infrarossi a risoluzione temporale avanzata, il team ha identificato le caratteristiche chimiche, strutturali e funzionali delle proteine degli astrociti: una “firma proteica” che rappresenta un indicatore del differenziamento degli astrociti e del loro stato di buona salute, e fornisce informazioni preziose per la comprensione di alcune malattie neurologiche.

Lo studio ha preso in esame, in particolare, la morfologia dei “microdomini”, minuscole estensioni cellulari (a livello micrometrico) attraverso cui gli astrociti svolgono la loro funzione di mantenimento dell’equilibri tra biomolecole, ioni e acqua all’interno del cervello, comunicando con neuroni e vasi. La disfunzione e l’alterazione della morfologia e della chimica strutturale di questi microdomini è collegata a varie malattie croniche come l'Alzheimer e il glioma, ma i metodi attuali spesso non riescono ad analizzarla senza perturbare il loro stato fisiologico naturale. Lo studio colma questa lacuna offrendo un metodo unico per caratterizzare i microdomini astrocitari, trovando “firme proteiche” distinte negli astrociti differenziati rispetto a quelli non differenziati.

Valentina Benfenati, co-leader del Cnr-Isof: "Lo studio combina interfacce con nanomateriali, neuroscienze e ottica innovativa per fornire l'esclusiva 'impronta digitale chimica' degli astrociti sani. Da anni studiamo approcci che ci consentano di studiare gli astrociti in vitro per utilizzarli nell’ambito della medicina predittiva, così da ridurre anche l’utilizzo di modelli animali in preclinica. Questo studio ci ha portato alla messa a punto di un modello unico, sia strutturalmente che funzionalmente, nella riproduzione di ciò che gli astrociti mostrano in vivo”.

Sono state, cioè, svolte analisi chimiche su due differenti tipologie di astrociti – rispettivamente “cresciuti” su nanomateriali o su substrati standard – rivelando che i primi hanno maggiore resistenza termica. Chiara Lazzarini, prima coautrice del lavoro aggiunge:

“I nostri risultati evidenziano un legame diretto tra la struttura proteica secondaria degli astrociti differenziati e le dinamiche di diffusione attraverso cui gli astrociti regolano l’equilibrio di acqua e ioni nel cervello. Avere informazioni sull'architettura molecolare, la struttura chimica e la correlazione con la funzione dei microdomini degli astrociti attraverso un approccio senza marcatura (ovvero senza alterare il campione) rappresenta un significativo passo avanti nella comprensione degli astrociti e più in generale della glia, in stati di salute o di malattie come il glioma o l’Alzheimer, o del neurosviluppo, caratterizzati da alterazioni di morfologia o di processi di diffusione come il volume cellulare”.