Riprodurre in laboratorio cellule cerebrali che si comportano davvero come nel cervello umano è una delle grandi sfide delle neuroscienze. Un team di ricerca italo-statunitense coordinato da due studiose del Consiglio nazionale delle ricerche ha sviluppato un nuovo approccio sperimentale che avvicina come mai prima d’ora il modello in vitro alla realtà biologica. Grazie a nanofili vetrosi e trasparenti, combinati con tecniche avanzate di imaging tridimensionale, gli astrociti coltivati in laboratorio recuperano una morfologia sorprendentemente simile a quella che assumono nel cervello.
I risultati, pubblicati sulla rivista Advanced Science, aprono nuove prospettive per lo studio dei meccanismi cellulari alla base delle patologie neurodegenerative e per la sperimentazione di possibili terapie.
Nanofili e microscopia 3D per osservare le cellule cerebrali
La ricerca nasce dalla collaborazione tra l’Istituto per la microelettronica e i microsistemi del Cnr di Roma, l’Istituto per la sintesi organica e la fotoreattività del Cnr di Bologna e il Department of Mechanical Engineering della Johns Hopkins University. Il cuore dello studio è l’integrazione tra nanofili vetrosi trasparenti e la tecnica ottica Low-Coherence Holotomography (LC-HT), una forma di imaging tridimensionale ad alta risoluzione che consente di osservare cellule vive senza l’uso di marcatori fluorescenti.
I nanofili fungono sia da supporto per la crescita delle colture cellulari sia da elemento ottico integrato nel sistema di osservazione. In questo ambiente, gli astrociti non si appiattiscono come avviene sulle superfici planari tradizionali, ma sviluppano una struttura stellata ricca di ramificazioni, molto più vicina a quella fisiologica.
Perché la forma degli astrociti conta
Gli astrociti sono cellule gliali fondamentali per il corretto funzionamento del sistema nervoso centrale. Supportano l’attività dei neuroni, regolano l’ambiente extracellulare e partecipano ai processi di comunicazione cerebrale. Quando vengono coltivati su vetrini o piastre di Petri, perdono però la loro architettura tridimensionale, rendendo difficile studiarne il comportamento reale.
Come spiega Annalisa Convertino, ricercatrice del Cnr-Imm, la possibilità di far recuperare agli astrociti una morfologia simile a quella in vivo consente di analizzare in modo molto più realistico parametri come forma, volume e massa cellulare. Questo aspetto risulta cruciale per comprendere come queste cellule reagiscono in condizioni patologiche e come interagiscono con i neuroni.
Una tecnica non invasiva per studiare le malattie del cervello
Un altro punto di forza dell’approccio è la possibilità di osservare cellule vive in tempo reale, senza alterarne le caratteristiche molecolari. La LC-HT, infatti, non richiede colorazioni o marcatori che possono interferire con i processi biologici. Secondo Emanuela Saracino del Cnr-Isof, questo permette di esplorare la morfogenesi cellulare con un livello di dettaglio tridimensionale finora difficilmente raggiungibile.
Per Ishan Barman della Johns Hopkins University, il valore aggiunto risiede proprio nella combinazione tra nanomateriali e biofotonica, che consente di studiare come le cellule crescono e comunicano con l’ambiente circostante in condizioni molto più vicine a quelle fisiologiche.
Nuove prospettive per neuroscienze e biomedicina
L’approccio sviluppato dal team apre nuove strade nello studio dello sviluppo cellulare, delle patologie neurodegenerative e nella sperimentazione farmacologica. Osservare astrociti vivi, senza marcatori e in ambienti tridimensionali realistici, significa disporre di modelli sperimentali più affidabili per capire cosa accade nel cervello malato.
La collaborazione tra Cnr e Johns Hopkins University si inserisce in un più ampio quadro di cooperazione scientifica Italia-USA e rappresenta un punto di partenza per esplorare con maggiore precisione la complessa rete di comunicazione cellulare del sistema nervoso. Un passo avanti importante verso modelli di ricerca che parlano sempre di più la lingua della biologia reale.
