Nanoparticelle per studiare da vicino i processi cellulari

Lo studio dei processi che si svolgono all’interno di una cellula trova un limite fondamentale nella risoluzione spaziale delle tecniche di imaging e nel lungo tempo richiesto per lo svolgimento di alcuni di essi.

Ora una nuova ricerca, frutto della collaborazione tra il National Institute of Standards and Technology (NIST) e il National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), sembra indicare la strada per superare queste difficoltà, grazie all’uso di nanoparticelle, che consentono di osservare attività che si svolgono nell’arco di alcune ore o addirittura giorni ed eventi che avvengono su scala molecolare in cellule viventi.

Un primo tipo di nanoparticelle chiamate punti quantistici emettono luce quando esposte alla luce. Queste particelle di semiconduttore possono essere rivestite con materiali organici che possono essere scelti in base alle specifiche proteine oggetto di studio da cui vengono attratti.

“I punti quantistici durano molto più a lungo di molti coloranti fluorescenti che abbiamo usato precedentemente per illuminare l’interno delle cellule”, ha chiarito Jeeseong Hwang, biofisico che ha guidato il gruppo del NIST che ha partecipato alla ricerca. “Essi hanno anche il vantaggio di consentire un monitoraggio delle trasformazioni che avvengono nei processi cellulari mentre le tecniche di microscopia elettronica ad alta risoluzione permettono di osservare solo processi ‘congelati’ in un determinato istante. Utilizzando i punti quantistici, in definitiva, possiamo chiarire i processi cellulari che coinvolgono la dinamica delle proteine.”

Per questo studio, i ricercatori hanno caratterizzato le proprietà dei punti quantistici, impiegandoli, per esempio, per indirizzarli verso specifiche proteine dei globuli rossi umani che sono parte di una rete nelle parete interna della membrana cellulare. Questa rete, per esempio, cambia struttura perdendo efficienza in caso di infezione da plasmodio della malaria.

La ricerca ha mostrato che quando le proteine cominciano ad aggregarsi, anche i punti quantistici formano strutture complesse che tendono a essere molto più visibili, rendendo l’imaging del processo molto più agevole.

La sperimentazione ha mostrato anche come le proprietà ottiche dei punti quantistici vengano alterate in risposta a cambiamenti dell’ambiente alle nanoscale, aprendo la strada a future applicazioni per lo sfruttamento di questi sistemi per la rivelazione degli ambienti biochimici locali all’interno delle cellule.