Far danzare le cellule con gli ultrasuoni
Una nuova ricerca ha creato proteine piene d'aria, contenute in cellule ingegnerizzate, che possono essere spostate con gli ultrasuoni
Supponiamo di dover spostare una singola cellula da un luogo all’altro. Come si potrebbe fare? Il fatto è che la manipolazione di singole cellule è un compito difficile. Si è lavorato sulle cosiddette pinzette ottiche, in grado di spingere le cellule con fasci di luce, ma se da un lato sono adatte a spostare una singola cellula, dall’altro non sono adatte a manipolare un numero maggiore di cellule. Una nuova ricerca condotta al Caltech ha creato un’alternativa: proteine piene d’aria, prodotte da cellule geneticamente modificate, che possono essere spinte, insieme alle cellule che le contengono, da onde di ultrasuoni. Un articolo che descrive il lavoro è pubblicato sulla rivista Science Advances. Il lavoro si basa su un precedente lavoro condotto nel laboratorio di Mikhail Shapiro, professore di ingegneria chimica e ingegneria medica e ricercatore dell’Howard Hughes Medical Institute. Da anni Shapiro lavora con vescicole gassose derivate da batteri. Queste vescicole, che sono capsule di proteine piene d’aria, forniscono galleggiamento ad alcune specie di batteri acquatici. Ma hanno anche un’altra qualità utile: a causa del loro interno pieno d’aria, si evidenziano fortemente nelle immagini ad ultrasuoni. La scoperta di questa qualità ha portato il laboratorio di Shapiro a sviluppare le vescicole gassose come marcatore genetico per tracciare la posizione delle singole cellule batteriche e per osservare l’attività di espressione genica nelle cellule dei mammiferi in profondità. Ora Shapiro e i suoi colleghi hanno dimostrato che queste vescicole possono spingere e tirare le cellule in luoghi specifici sotto l’influenza degli ultrasuoni. Il fenomeno è molto simile al modo in cui gli ultrasuoni nell’aria possono essere usati per sospendere e/o spostare oggetti piccoli e leggeri. Ciò è dovuto al fatto che le onde sonore creano zone di pressione che agiscono sugli oggetti nelle loro vicinanze. Le proprietà fisiche di un oggetto o di un materiale determinano se sarà attratto da una zona ad alta pressione o se ne sarà respinto. Le cellule normali vengono allontanate dalle zone di maggiore pressione, ma le cellule contenenti vescicole di gas ne sono attratte.
Per quale ragione delle cellule andrebbero spostate?
Shapiro afferma che ci sono alcune ragioni per cui si potrebbe voler spostare le cellule. Ad esempio, l’ingegneria tissutale – la creazione di tessuti artificiali per scopi medici o di ricerca – richiede la disposizione di cellule di tipi specifici in schemi complessi. Un muscolo artificiale potrebbe richiedere più strati di cellule muscolari come, ad esempio, cellule che creano tendini e cellule nervose. Un altro caso in cui è possibile spostare le cellule è la terapia cellulare, un campo della medicina in cui vengono introdotte nell’organismo cellule con proprietà desiderabili. “Si introducono nel corpo cellule ingegnerizzate, che vanno dappertutto per trovare il loro bersaglio”, spiega. “Ma con questa tecnologia, abbiamo potenzialmente un modo per guidarle nella posizione desiderata all’interno del corpo”. A titolo dimostrativo, il team ha mostrato che le cellule contenenti vescicole di gas possono essere costrette a raggrupparsi in una piccola palla, o a disporsi come bande sottili, o a spingersi verso i bordi di un contenitore. Cambiando il modello di ultrasuoni, le cellule “danzavano” per assumere nuove posizioni. Hanno anche sviluppato un modello a ultrasuoni che spingeva le cellule a formare la lettera “R” in un gel che le manteneva in quella forma dopo la solidificazione. Hanno chiamato la figura risultante un “ologramma acustico“.
