La scienza ha compiuto un notevole balzo in avanti grazie all’impegno congiunto di un gruppo di ricercatori del Trinity College Dublin e del Royal College of Surgeons in Ireland. Questi studiosi hanno messo a punto dei coloranti fluorescenti rivoluzionari che mutano colore per rivelare differenti ambienti biologici utilizzando un unico colorante. Tali coloranti, in grado di attivarsi e disattivarsi a seconda della loro posizione all’interno delle strutture cellulari, permettono di ottenere immagini ad alto contrasto dei processi cellulari in tempo reale. Questa scoperta, pubblicata sulla rivista Chem, apre nuove prospettive nel campo della bio-sensibilità, dell’imaging per la somministrazione di farmaci e dello studio della dinamica cellulare. La ricerca beneficia della collaborazione internazionale e di un sostanzioso finanziamento da parte di enti di ricerca irlandesi, promettendo un’ampia gamma di applicazioni in biologia e medicina.
Tecnologie avanzate di imaging
I ricercatori hanno sviluppato tecniche avanzate di imaging che sfruttano la capacità dei coloranti di emettere luce di diverso colore e in diversi intervalli di tempo a seconda che si trovino all’interno delle cellule o all’interno dei vettori di consegna, come quelli utilizzati nelle tecnologie dei vaccini COVID-19. Utilizzando una tecnica chiamata ”imaging a tempo di vita della fluorescenza” (FLIM), è possibile distinguere in tempo reale i due ambienti.
Il dottor Adam Henwood, primo autore dello studio, e la studentessa di dottorato Connie Sigurvinsson hanno lavorato a questo progetto presso il Trinity Biomedical Sciences Institute. Il dottor Henwood ha spiegato che la caratteristica unica di questi coloranti è che possono avere una vasta gamma di applicazioni, come rivoluzionare la bio-sensibilità e le tecniche di imaging.
Cambiamenti di luminescenza
I coloranti possono aiutare gli scienziati a mappare le strutture complesse all’interno delle cellule viventi con un alto contrasto e specificità, illuminando il modo in cui i farmaci vengono assorbiti e metabolizzati dalle cellule o consentendo di progettare e condurre una serie di nuovi esperimenti per comprendere meglio il complesso funzionamento interno delle cellule e la loro importante macchina biochimica.
Nell’articolo pubblicato, gli scienziati si sono concentrati sull’utilizzo dei coloranti per l’imaging delle gocce lipidiche cellulari, che sono un esempio di importanti “organelle” che compongono le cellule viventi nella maggior parte degli organismi complessi (come gli esseri umani).
Applicazioni potenziali e direzioni future
Il professor Thorfinnur Gunnlaugsson, autore senior dell’articolo, ha sottolineato che la capacità di monitorare la funzione cellulare o il flusso di molecole o candidati farmaci all’interno delle cellule osservando diversi colori di emissione della fluorescenza è estremamente attraente. Questi risultati aprono nuove possibilità in tutto, dalla chimica biologica, come dimostrato qui, a molte altre applicazioni mediche e persino nella generazione di nuovi materiali funzionali per usi al di là della biologia.
Possibilità di sviluppo
Gli autori prevedono molte nuove possibilità per questi coloranti, puntando verso la loro eccezionale sensibilità come attraente per lo sviluppo di sensori di inquinanti ambientali pericolosi o utilizzando le loro proprietà luminose per alimentare trasformazioni chimiche, analogamente alla fotosintesi della natura.
La ricerca ha un carattere sia internazionale che irlandese, con il sostegno finanziario critico dei principali enti di finanziamento irlandesi, l’Irish Research Council (IRC) e la Science Foundation Ireland. In particolare, il lavoro è stato finanziato principalmente dal SFI’s Research Centre for Pharmaceuticals, SSPC, oltre ai contributi del centro SFI AMBER e attraverso il programma EPSRC-SFI Centre for Doctoral Training basato su AMBER.
Collaborazione e innovazione
Il professor Damien Thompson, direttore del SSPC, ha evidenziato che il lavoro collaborativo tra due dei loro principali investigatori al Trinity e al RCSI dimostra il potere della scienza fondamentale nel guidare l’innovazione nella medicina. La capacità di vedere in tempo reale come le molecole si diffondono all’interno della nanomacchina cellulare ci avvicina al sogno di Richard Feynman di comprendere tutto ciò che fanno gli esseri viventi a partire dal movimento e dalle vibrazioni degli atomi.
Il professor Donal O’Shea, che ha supervisionato l’indagine, ha aggiunto che l’uso di FLIM per monitorare le interazioni dinamiche AIE con le cellule viventi è un approccio che può avere un’ampia applicabilità per altri sistemi di fluorofori, consentendo di ottenere intuizioni che in precedenza erano nascoste.
La ricerca finanziata dall’Irish Research Council e dalla Science Foundation Ireland rappresenta un importante passo avanti nella comprensione e nell’immagine della dinamica subcellulare, aprendo la strada a sviluppi futuri nel campo della biologia e della medicina.
