Ricercatori del MIT e dell’Ospedale Brigham and Women’s/Harvard Medical School hanno sviluppato una tecnica di microscopia che permette di osservare il tessuto cerebrale umano con un livello di dettaglio senza precedenti. Questo metodo ha permesso di visualizzare cellule e strutture che prima non erano visibili, portando alla scoperta che alcuni tumori cerebrali considerati di basso grado contengono un numero maggiore di cellule tumorali potenzialmente aggressive di quanto si pensasse.
La speranza dei ricercatori è che questa tecnica possa essere utilizzata in futuro per diagnosticare i tumori, fornire prognosi più accurate e aiutare i medici a scegliere i trattamenti più adeguati. “Stiamo iniziando a capire quanto siano importanti le interazioni dei neuroni e delle sinapsi con il cervello circostante per la crescita e la progressione dei tumori. Molte di queste cose non potevamo vederle con gli strumenti convenzionali, ma ora abbiamo uno strumento per osservare questi tessuti a livello nanometrico e cercare di comprendere queste interazioni”, afferma Pablo Valdes, ex postdoc del MIT e ora professore assistente di neuroscienze presso l’Università del Texas Medical Branch e autore principale dello studio.
La nuova tecnica di imaging si basa sull’espansione microscopica, un metodo sviluppato nel laboratorio di Boyden nel 2015. Invece di utilizzare microscopi potenti e costosi per ottenere immagini ad alta risoluzione, i ricercatori hanno ideato un modo per espandere il tessuto stesso, permettendo di ottenere immagini ad altissima risoluzione con un microscopio a luce regolare.
Il processo funziona incorporando il tessuto in un polimero che si gonfia quando viene aggiunta acqua, e poi ammorbidendo e separando le proteine che normalmente tengono insieme il tessuto. L’aggiunta di acqua fa gonfiare il polimero, separando tutte le proteine l’una dall’altra. Questo ingrandimento del tessuto permette di ottenere immagini con una risoluzione di circa 70 nanometri, che prima era possibile solo con microscopi molto specializzati e costosi come i microscopi elettronici a scansione.
Nel 2017, il laboratorio di Boyden ha sviluppato un metodo per espandere campioni di tessuto umano conservato, ma i reagenti chimici utilizzati distruggevano anche le proteine di interesse. Etichettando le proteine con anticorpi fluorescenti prima dell’espansione, è possibile visualizzare la loro posizione e identità dopo che il processo di espansione è completato. Tuttavia, gli anticorpi tipicamente utilizzati per questo tipo di etichettatura non possono facilmente penetrare in tessuti densamente compatti prima che siano espansi.
Per questo studio, gli autori hanno ideato un diverso protocollo di ammorbidimento del tessuto che rompe il tessuto ma preserva le proteine nel campione. Dopo che il tessuto è espanso, le proteine possono essere etichettate con anticorpi fluorescenti disponibili in commercio. I ricercatori possono quindi eseguire diversi cicli di imaging, con tre o quattro proteine diverse etichettate in ogni ciclo. Questa etichettatura delle proteine consente di visualizzare molte più strutture, perché una volta che il tessuto è espanso, gli anticorpi possono passare attraverso e etichettare le proteine che prima non potevano raggiungere.
“Apriamo lo spazio tra le proteine in modo da poter far entrare gli anticorpi in spazi affollati che altrimenti non potremmo”, dice Valdes. “Abbiamo visto che potevamo espandere il tessuto, potevamo decongestionare le proteine e potevamo visualizzare molte, molte proteine nello stesso tessuto eseguendo più cicli di colorazione”.
Collaborando con l’assistente professore del MIT Deblina Sarkar, i ricercatori hanno dimostrato una forma di questa “decongestione” nel 2022 utilizzando tessuto di topo.
Per identificare le cellule tumorali aggressive nei gliomi studiati, i ricercatori hanno etichettato la vimentina, una proteina che si trova nei glioblastomi altamente aggressivi. Con loro sorpresa, hanno scoperto molte più cellule tumorali che esprimono vimentina nei gliomi di basso grado di quante ne fossero state viste con qualsiasi altro metodo.
“Questo ci dice qualcosa sulla biologia di questi tumori, in particolare, su come alcuni di essi probabilmente hanno una natura più aggressiva di quanto si sospettasse facendo tecniche di colorazione standard”, afferma Valdes.
Quando i pazienti con glioma si sottopongono a chirurgia, i campioni di tumore vengono conservati e analizzati utilizzando la colorazione immunostochimica, che può rivelare alcuni marcatori di aggressività, tra cui alcuni dei marcatori analizzati in questo studio.
“Questi sono tumori cerebrali incurabili, e questo tipo di scoperta ci permetterà di capire quali molecole cancerogene colpire per poter progettare trattamenti migliori. Dimostra anche l’impatto profondo di avere clinici come noi al Brigham and Women’s che interagiscono con scienziati di base come Ed Boyden al MIT per scoprire nuove tecnologie che possono migliorare la vita dei pazienti”, dice Chiocca.
I ricercatori sperano che la loro tecnica di espansione microscopica possa permettere ai medici di apprendere molto di più sui tumori dei pazienti, aiutandoli a determinare quanto sia aggressivo il tumore e guidando le scelte di trattamento. Valdes ora prevede di fare uno studio più ampio sui tipi di tumore per cercare di stabilire linee guida diagnostiche basate sui tratti del tumore che possono essere rivelati utilizzando questa tecnica.
“La nostra speranza è che questo diventi uno strumento diagnostico per rilevare cellule marcatrici, interazioni e così via, che prima non potevamo”, dice. “È uno strumento pratico che aiuterà il mondo clinico della neuro-oncologia e della neuropatologia a guardare le malattie neurologiche a livello nanometrico come mai prima d’ora, perché fondamentalmente è uno strumento molto semplice da usare”.