SOLIST: verso una biopsia su scala nanometrica

I ricercatori di Human Technopole hanno sviluppato e migliorato una tecnica di crio-lift out: la Serialized On-grid Lift-in Sectioning for Tomography (SOLIST). SOLIST rappresenta un progresso significativo rispetto agli approcci precedenti e permette di visualizzare i tessuti a livello molecolare, con una produttività prima impossibile. I risultati della ricerca sono pubblicati su Nature Methods.

La tomografia crioelettronica (cryo-ET) permette di visualizzare i complessi proteici nel loro stato nativo, acquisendo immagini a -180 ºC in un microscopio crioelettronico. Tuttavia, funziona solo su campioni molto sottili, molto più sottili di un capello umano e persino più sottili di una singola cellula. Per risolvere questo problema, gli scienziati utilizzano il taglio a fascio ionico crio-focalizzato (crio-FIB), che taglia fette sottili da cellule congelate, lasciando solo una lastra sottile, una “lamella”, che i ricercatori poi esaminano per visualizzare le strutture proteiche ad alta risoluzione direttamente nel loro ambiente naturale.

Per lavorare con campioni più grandi di singole cellule, si può ricorrere al crio-lift out. Nella sua implementazione classica, comporta l’estrazione di materiale congelato con un micromanipolatore ed il suo fissaggio su griglie per microscopia elettronica (EM) non convenzionali. Dopodiché, la maggior parte del campione viene rimossa con il crio-FIB per produrre una lamella. Tuttavia, questo approccio è complicato e richiede tempo, poiché un crio-lift out genera una singola lamella. Pertanto, finora gli scienziati potevano produrre solo una manciata di lamelle al giorno. Inoltre, le classiche griglie per il crio-lift out sono spesso contaminate da cristalli di ghiaccio, rendendole inutilizzabili per le analisi a valle.

Per risolvere questi problemi, Gaia Perone e Jasmine Nguyen, dottorande del gruppo Erdmann dello Human Technopole, hanno deciso di modificare il crio-lift-out: invece di scartare la maggior parte del materiale come nell’approccio classico, utilizzano gli avanzi per generare più sezioni da un singolo lift-out. Inoltre, posizionano i pezzi sottili su griglie d’oro ordinarie, più facili da maneggiare e facilmente disponibili nella maggior parte dei laboratori di crio-EM (guarda il video 1). Gli scienziati di HT fissano quindi le singole sezioni con minuscoli punti di sutura, le levigano e le ricoprono di platino per incollarle saldamente. Infine, le lamelle iniziali vengono assottigliate e sottoposte a imaging con la crio-ET.

Per determinare la portata del loro nuovo approccio, i ricercatori di Human Technopole hanno testato SOLIST su vari campioni biologici come organoidi di cervello umano, fegato, cervello e tessuti cardiaci di topo, consentendo loro di osservare l’organizzazione naturale, ad esempio, di nervi e fibre muscolari (guarda il video 2). Hanno scoperto che SOLIST è più efficiente e accessibile rispetto ai metodi precedenti, consentendo anche agli utenti meno esperti di generare dati migliori in meno tempo.

Gli scienziati hanno dichiarato che il loro nuovo approccio ha permesso di dare un primo sguardo allo sviluppo di organoidi cerebrali umani, un importante sistema modello di HT per studiare i disturbi del sistema nervoso centrale umano come l’Alzheimer e il Parkinson. Anche se non è ancora efficiente come il sezionamento meccanico a temperatura ambiente, SOLIST rappresenta un miglioramento significativo rispetto alle precedenti tecniche a temperature crioscopiche, che avevano un basso rendimento e soffrivano di contaminazione da ghiaccio e scarsa stabilità dei campioni.

Il leader dello studio, Philipp Erdmann, ed il suo gruppo sono convinti che SOLIST contribuirà presto a creare dati ad alta risoluzione per campioni più complessi come tessuti prelevati direttamente dai pazienti. Ciò farà progredire la nostra comprensione dei processi molecolari fisiologici e patologici negli esseri umani, avvicinandoci alla possibilità di effettuare una “biopsia su scala nanometrica”.