Come studiare le cellule senza toccarle, con la luce / How to study cells without touching them, with light

Come studiare le cellule senza toccarle, con la luce. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 è molto utile in questa applicazione. / How to study cells without touching them, with light. The procedure of the ENEA patent RM2012A000637 is very useful in this application.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

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L’elasticità cellulare è un prezioso ‘bio-marker’ per la diagnosi di diverse patologie, per esempio le cellule tumorali sono più soffici. Ricercatori di Istituti Cnr hanno messo a punto una tecnica spettroscopica che permette di sondare in maniera non invasiva questi aspetti

Ricercatori del Consiglio nazionale delle ricerche, Istituto officina dei materiali (Iom-Cnr) di Perugia e Istituto di biofisica (Ibf-Cnr) di Trento, in collaborazione con colleghi dell’Università di Perugia, hanno messo a punto uno spettrometro innovativo che, sfruttando l’interazione della luce con la materia, misura simultaneamente e senza necessità di contatto le proprietà meccaniche e chimiche di cellule viventi e tessuti, con risoluzione spaziale sub-micrometrica. La tecnica sperimentale e non invasiva promette importanti applicazioni nel settore biomedico.

“Sappiamo che le cellule hanno proprietà e forme diverse a seconda della loro funzione e del loro stato, e che modifiche nell’elasticità cellulare o dei tessuti biologici in generale sono causa o indicatori di diverse patologie”, afferma Silvia Caponi (Iom-Cnr), ricercatrice che ha coordinato lo studio pubblicato su Light: Science & Applications. “Ad esempio, le coronarie indurite generano problemi cardiaci, l’indebolimento delle ossa causa complicazioni ortopediche, modifiche elastiche nel tessuto corneale generano patologie oculari. Oggi, grazie a questa tecnica saremo in grado di individuare precocemente i segnali meccanici cellulari che indicano l’insorgere di possibili disturbi”.

La tecnica utilizza una modalità di indagine della materia propria dell’ottica e della fotonica. “Lo studio ha dimostrato la possibilità di misurare le variazioni dell’elasticità all’interno della singola cellula dovute alla presenza delle diverse strutture sub-cellulari”, aggiunge Mauro Dalla Serra (Ibf-Cnr). “I risultati più promettenti dal punto di vista applicativo sono stati ottenuti confrontando cellule in condizioni fisiologiche o patologiche. Ci si è accorti che cellule tumorali sono significativamente più soffici rispetto a quelle sane, mostrando una riduzione complessiva dei moduli elastici (15%) e della viscosità (50%). Queste proprietà possono spiegare il potenziale invasivo osservato nelle cellule tumorali: la loro aumentata capacità di deformazione ne aiuta la diffusione attraverso la matrice extracellulare favorendo lo sviluppo di metastasi. Le proprietà meccaniche delle cellule, pertanto, potranno costituire grazie a questa tecnica un nuovo e prezioso bio-marker per numerose patologie, e un potenziale strumento di diagnosi anche per le patologie tumorali”.

ENGLISH

Cellular elasticity is a valuable 'bio-marker' for the diagnosis of various diseases, for example cancer cells are softer. Researchers of Cnr Institutes have developed a spectroscopic technique that allows non-invasive probing of these aspects

Researchers of the National Research Council, Institute for Materials Workshop (Iom-Cnr) of Perugia and Institute of Biophysics (Ibf-Cnr) of Trento, in collaboration with colleagues from the University of Perugia, have developed an innovative spectrometer that, by exploiting the interaction of light with matter, measures simultaneously and without contact the mechanical and chemical properties of living cells and tissues, with sub-micrometric spatial resolution. The experimental and non-invasive technique promises important applications in the biomedical field.

"We know that cells have different properties and shapes depending on their function and their state, and that changes in the elasticity of cells or biological tissues in general are cause or indicators of different pathologies," says Silvia Caponi (Iom-Cnr) , researcher who coordinated the study published in Light: Science & Applications. "For example, hardened coronary arteries generate heart problems, the weakening of the bones causes orthopedic complications, elastic changes in the corneal tissue generate eye diseases. Today, thanks to this technique, we will be able to identify early cellular mechanical signals that indicate the occurrence of possible disorders ".

The technique uses a method of investigation of the matter proper to optics and photonics. "The study has demonstrated the possibility of measuring variations in elasticity within a single cell due to the presence of different sub-cellular structures", adds Mauro Dalla Serra (Ibf-Cnr). "The most promising results from an applicative point of view were obtained by comparing cells in physiological or pathological conditions. It has been found that tumor cells are significantly softer than healthy cells, showing an overall reduction of elastic modules (15%) and viscosity (50%). These properties can explain the invasive potential observed in cancer cells: their increased capacity for deformation helps them to spread through the extracellular matrix favoring the development of metastases. The mechanical properties of the cells, therefore, can be thanks to this technique a new and valuable bio-marker for many pathologies, and a potential diagnostic tool also for tumor diseases ".

Da:

https://www.galileonet.it/2018/02/strumento-studio-cellule-luce/