Immagine dettagliata della retina umana

Quale tipo di cellula si trova in quale tessuto umano? Quali geni sono attivi nelle singole cellule e quali proteine vi si trovano? Un atlante speciale intende fornire informazioni su tutto questo, soprattutto su come si formano i diversi tessuti durante lo sviluppo embrionale e su come nascono le malattie. I ricercatori non vogliono solo mappare i tessuti isolati direttamente dagli esseri umani, ma anche i cosiddetti organoidi. Si tratta di grumi tridimensionali di tessuto che vengono coltivati in laboratorio e che subiscono uno sviluppo simile a quello degli organi umani su scala ridotta.

"Gli organoidi hanno il vantaggio di poter intervenire sul loro sviluppo e di poter testare sostanze attive su di essi. Questo ci permette di saperne di più sui tessuti sani e sulle malattie", spiega Barbara Treutlein, professoressa di Biologia quantitativa dello sviluppo presso il Dipartimento biosistemi e ingegneria dell'ETH di Zurigo a Basilea.

Come contributo a questo atlante, Treutlein, insieme a ricercatori dell'Università di Zurigo e di Basilea, ha ora sviluppato un approccio per raccogliere e collazionare una grande quantità di informazioni sugli organoidi e sul loro sviluppo. I ricercatori lo hanno dimostrato con l'esempio degli organoidi della retina umana, ottenuti da cellule staminali.

Molte proteine visibili allo stesso tempo

Al centro dei metodi utilizzati dagli scienziati per il loro approccio c'è la tecnologia 4i (imaging a immunofluorescenza indiretta iterativa). Si tratta di una nuova tecnica di imaging che utilizza la microscopia a fluorescenza per visualizzare ad alta risoluzione diverse decine di proteine in un campione di tessuto sottile. La tecnologia 4i è stata sviluppata qualche anno fa da Lucas Pelkmans, professore dell'Università di Zurigo e coautore dello studio appena pubblicato sulla rivista pagina esternaNatura Biotecnologia apparso. In questo studio, i ricercatori hanno applicato per la prima volta questo metodo agli organoidi.

Di norma, i ricercatori utilizzano la microscopia a fluorescenza per visualizzare tre proteine in un tessuto, ciascuna con un colorante fluorescente. Per ragioni tecniche, non è possibile colorare più di cinque proteine alla volta. Con la tecnologia 4i si utilizzano tre coloranti, ma questi vengono lavati via dal campione di tessuto dopo la misurazione e vengono visualizzate tre nuove proteine. Un robot ha eseguito questa fase per 18 volte, per un totale di 18 giorni. Infine, un computer fonde le singole immagini in un'unica immagine di microscopia in cui sono visibili 53 diverse proteine. Queste forniscono informazioni sulla funzione dei singoli tipi di cellule che compongono la retina, ad esempio le cellule dei bastoncelli e dei coni e le cellule ganglionari.

I ricercatori hanno integrato queste informazioni sulle immagini delle proteine retiniche con informazioni su quali geni vengono letti nelle singole cellule.

Alta risoluzione spaziale e temporale

Gli scienziati hanno effettuato tutte queste analisi su organoidi di età diversa e quindi in diversi stadi di sviluppo. In questo modo, i ricercatori hanno creato una serie temporale di immagini e informazioni genetiche che descrive l'intero sviluppo di 39 settimane degli organoidi retinici. "Questo ci permette di mostrare come il tessuto dell'organoide si costruisce lentamente, dove si moltiplicano i tipi di cellule e quando, e dove si trovano le sinapsi. I processi sono paragonabili a quelli della formazione della retina durante lo sviluppo embrionale", afferma Gray Camp, professore dell'Università di Basilea e uno dei leader di questo studio.

I ricercatori hanno pubblicato le loro immagini e altre informazioni sullo sviluppo della retina su un sito web accessibile al pubblico: EyeSee4is.

Altri tipi di tessuto in fase di sviluppo

Finora gli scienziati hanno studiato come si sviluppa la retina sana. In futuro, vogliono interrompere deliberatamente lo sviluppo negli organoidi retinici con sostanze attive o modifiche genetiche. "Questo ci darà nuove conoscenze su malattie come la retinite pigmentosa, che è ereditaria e in cui i recettori sensibili alla luce della retina degenerano in un processo graduale durante il quale le persone colpite diventano cieche", dice Camp. I ricercatori vogliono scoprire quando inizia questo processo e come si può fermare.

Treutlein e i suoi colleghi stanno anche lavorando per applicare il nuovo approccio alla mappatura dettagliata ad altri tipi di tessuto, come diverse sezioni del cervello umano e vari tessuti tumorali. L'obiettivo è creare gradualmente un atlante che fornisca informazioni sullo sviluppo degli organoidi e dei tessuti umani.