L'analisi della singola cellula reinventata. Estrazione di contenuto con il FluidFM®

FluidFM Single cell extraction. Single cell analysis. Reinvented.
Data di pubblicazione: 
Lunedì 17 Ottobre 2016

Un metodo nuovo e rivoluzionario per l'analisi della singola cellula basato sulla tecnologia FluidFM® permette agli scienziati di investigare il comportamento di ogni cellula nel suo ambiente naturale. Il nuovo metodo è stato sviluppato presso l'ETH a Zurigo, e potrebbe rivoluzionare la ricerca in ambito biologico, visto che apre una dimensione completamente nuova in merito allo studio delle singole cellule. La procedura rende possibile il campionamento delle singole cellule per effettuare analisi molecolari direttamente nel loro ambiente nativo, preservando l'intero contesto cellulare. Di conseguenza può essere applicato ripetutamente alla medesima cella senza distruggerla durante la procedura.

I biologi sono sempre più interessati a conoscere e studiare il comportamento della singola cellula all'interno di una popolazione. Lo studio delle proprietà e del comportamento delle singole cellule piuttosto che dell'intera popolazione di una cellula può quindi portare a una comprensione più profonda dei processi biologici sottostanti. La nuova tecnica qui trattata si appoggia all'utilizzo di una nanosiringa FluidFM per penetrare le singole cellule viventi ed estrarre il loro contenuto in vista di ulteriori ricerche. L'analisi della singola cellula effettuata a un livello sempre più approfondito può essere messa in pratica utilizzando protocolli consolidati. In questa maniera gli scienziati possono scoprire minuscole differenze tra singole cellule all'interno di una popolazione a livello molecolare. Questo metodo di conseguenza può essere utilizzato anche per scoprire e analizzare tipologie molto rare di cellule: "Il nostro metodo apre nuove frontiere nella ricerca in biologia. Rappresenta l'inizio di un nuovo capitolo, in un certo senso", afferma il Professor Julia Vorholt del Dipartimento di Biologia dell'ETH di Zurich, che sta guidando il gruppo di ricerca che ha sviluppato la nuova metodologia.

Paragonato ai metodi esistenti, la nuova tecnica ha numerosi vantaggi, grazie alle caratteristiche uniche della tecnologia FluidFM:

  • I ricercatori possono campionare singole cellule all'interno di una coltura di tessuti direttamente nel loro ambiente originario;
  • Il metodo può essere applicato più volte alla stessa cellula;
  • Contrariamente ai metodi già consolidati di analisi molecolare, l'estrazione di contenuto dalla singola cellula basata sul FluidFM non richiede che la cellula sotto investigazione venga separata e fisicametne rimossa dal suo ambiente originario
  • Le cellule non vengono distrutte durante la procedura, e possono quindi essere campionate ripetutamente, anche per studiarne il comportamento nel tempo

"Ciò significa che possiamo studiare anche quali effetti una cellula possa avere sulle cellule limitrofe" spiega il Dr. Orane Guillaume-Gentil, postdoc del gruppo di ricerca del Professor Vorholt.

Precisione senza precedenti

Grazie all'estrema precisione della nanosiringa FluidFM utilizzata come sonda, gli scienziati sono in grado di distinguere tra i contenuti da estrarre direttamente dal nucleo della cellula o dal citosol circostante. Il volume estratto può essere in tal modo quantificato direttamente con estrema accuratezza fino a 0.1 picolitri (10e-13 , o un decimo di un trilionesimo di litro). Si può perciò estrarre la quantità di liquido necessaria. La cellula campionata rimane viva e può essere sottoposta a campionature successive nel tempo. Gli scienziati all'ETH di Zurigo hanno pubblicato il loro nuovo metodo nel rinomato giornale "Cell", portando come oggetto della loro trattazione l'analisi dell'RNA e dell'attività enzimatica delle singole cellule. Per il futuro l'obiettivo è espandere la disponibilità di metodi compatibili di analisi a valle, per investigare anche i metaboliti a livello della singola cellula.

FluidFM come piattaforma tecnologica

Il metodo recentemente sviluppato è basato interamente sulla tecnologia FluidFM. Questa tecnica è stata inizialmente sviluppata all'ETH di Zurigo; dai primi passi compiuti ci sono stati diversi sviluppi e new entryt nel portafoglio delle applicazioni, durante gli anni. Questa tecnologia è ora commercializzata da una nuova azienda spin-off dell'ETH di Zurigo, denominata Cytosurge. Mentre era già possibile iniettare e isolare singole cellule con l'utilizzo della tecnologia FluidFM, questo nuovo metodo aggiunge un capitolo del tutto nuovo per quanto riguarda i campi applicativi della tecnologia FluidFM.

Il numero di problematiche che è stato necessario risolvere è andato ben oltre la semplice estrazione della cellula e la deposizione del campione in un contenitore. È stato necessario trovare un nuovo rivestimento per le sonde FluidFM per prevenire l'ostruzione del condotto da parte del contenuto cellulare estratto. Inoltre i metodi di analisi utilizzati richiedevano un adattamento per essere rispondenti alle minuscole quantità di campione che può essere ottenuto da una singola cellula. Questo lavoro è stato condotto con il supporto di altri gruppi di ricerca e singole persone all'ETH di Zurigo, cioè Tomaso Zambelli, Privatdozent al Department of Information Technology and Electrical Engineering e Martin Pilhofer, Professore all'Institute of Molecular Biology and Biophysics.

"Il Professor Vorholt e il suo gruppo di ricerca hanno davvero portato a termine uno sforzo fenomenale, sviluppando questo nuovo metodo di estrazione di contenuto da singole cellule." afferma il Dr. Pascal Behr, CEO di Cytosurge. "Ciò apre un capitolo del tutto nuovo per il FluidFM e ci permette di rafforzare ulteriormente l'offerta commerciale rivolta ai nostri clienti" continua Pascal Behr. "Con l'aggiunta di questo nuovo metodo di estrazione dalla singola cellula, la tecnologia FluidFM si sta trasformando in una reale piattaforma tecnologica. Possiamo fornire soluzioni che spaziano dalle indagini biofisiche fino alla micro stampa in 3D su metalli,  e infine l'analisi completa delle singole cellule."