Come visualizzare in 3D nanoparticelle di grafene nelle cellule

Una ricerca condotta da un team di giovani ricercatori dell’Istituto di scienze applicate e sistemi intelligenti “Eduardo Caianiello” del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Isasi), in collaborazione con l’Istituto per i polimeri, compositi e biomateriali (Cnr- Ipcb), svela una nuova tecnica utile per la visione tridimensionale di nanoparticelle di grafene all’interno delle cellule in flusso. La ricerca è stata pubblicata su Nano Letters, rivista del gruppo ACS (American Chemical Society). Le applicazioni potenziali vanno dalle vaccinazioni alla cura dei tumori

Lo studio dell’interazione delle nanoparticelle con le cellule è di fondamentale importanza in biologia e nelle scienze biomediche, poiché le nanoparticelle possono essere “internalizzate” e interagire con le strutture intracellulari, modificando la normale fisiologia e indurre per esempio a una morte “programmata” le cellule tumorali. Inoltre, negli ultimi anni, il nanografene è stato utilizzato per l’identificazione di acidi nucleici, proteine, virus, ioni metallici, piccole molecole e per migliorare la consegna dei farmaci alle cellule specifiche, tanto da rappresentare un ottimo candidato come portatore di vaccini.

I risultati ottenuti dai ricercatori del Consiglio nazionale delle ricerche di Pozzuoli, dell’Istituto di scienze applicate e sistemi intelligenti “Eduardo Caianiello” (Cnr-Isasi) e dell’Istituto per i polimeri, compositi e biomateriali (Cnr-Ipcb), mostrano in 3D come le nanoparticelle di grafene si accumulano e si distribuiscono all’interno della cellula, tramite la misurazione di una classe di biomarcatori morfologici. Questi risultati sono stati ottenuti grazie all’utilizzo della tecnica della cito-tomografia olografica in flusso, che permette la visualizzazione tridimensionale e la quantificazione delle strutture subcellulari.

“La cito-tomografia olografica in flusso è lo strumento per lo studio in 3D delle strutture subcellulari, senza l’utilizzo di alcun marcatore chimico” spiegano i primi autori della ricerca Daniele Pirone e Martina Mugnano. “Una volta internalizzate dalla cellula, le particelle di nanografene si distribuiscono in modo da circondare il nucleo. La nostra tecnica, a differenza di quelle convenzionali, consente una visualizzazione completa della distribuzione spaziale intracellulare delle nanoparticelle”.
“La possibilità di effettuare questa analisi senza marcatori chimici permette inoltre un’enorme flessibilità, potendo così analizzare un elevato numero di cellule (high-throughput) per mezzo di una piattaforma microfluidica di tipo Lab on Chip, in un lasso di tempo ragionevole e con una più veloce e semplice preparazione dei campioni cellulari”, afferma Pasquale Memmolo.

“Grazie alla particolare accuratezza di questa tecnica di tomografia, gli agglomerati delle nanoparticelle internalizzate da ciascuna cellula possono essere visualizzate con elevata risoluzione” conclude Pietro Ferraro, responsabile dell’attività scientifica. “Inoltre la modalità di imaging in flusso consente un’analisi statistica estesa che potrà svelare meglio i meccanismi di internalizzazione di nanoparticelle e del loro effetto sulle cellule. Il team interdisciplinare di ricercatori – costituito da fisici, ingegneri, biologi e chimici – ha ottenuto un risultato che potrà avere un forte impatto nel campo del drug delivery, potendo contare su una metodologia innovativa e semplice di ispezione in 3D in modalità label-free”.

I risultati sono il frutto di una ricerca finanziata dal Ministero dell’Università e Ricerca nell’ambito dei Prin-Progetti di rilevante interesse nazionale: PRIN-2017 “Morphological Biomarkers for early diagnosis in Oncol-ogy (MORFEO) – Prot. 2017N7R2CJ.