Visualizzazione degli organi in 3D
Mappatura ad alta risoluzione dell'attività enzimatica nei tessuti
È ora possibile ottenere immagini tridimensionali ad alta risoluzione dell'attività enzimatica in campioni di tessuto o in interi organi, grazie a molecole sonda che ancorano coloranti fluorescenti all'interno dei tessuti mentre vengono attivati dagli enzimi. L'organo da mappare viene reso trasparente da un processo di chiarificazione. Come riportato da un team giapponese sulla rivista Angewandte Chemie, ciò ha permesso di visualizzare le differenze nell'attività dell'aminopeptidasi N e gli effetti degli inibitori nei reni dei topi.
(c) Wiley-VCH
Gli enzimi svolgono un ruolo cruciale nella regolazione delle funzioni fisiologiche e un'attività enzimatica anomala è correlata a una serie di condizioni patologiche. L'attività enzimatica varia da organo a organo, così come all'interno di diverse regioni di un singolo organo. Sarebbe quindi utile ottenere immagini precise dell'attività enzimatica nei tessuti con una risoluzione spaziale dettagliata. Purtroppo mancano tecniche adeguate. L'imaging dell'attività enzimatica viene effettuato principalmente con sonde di fluorescenza. Tuttavia, la luce fluorescente penetra a malapena nei tessuti, quindi i campioni più grandi, come gli organi interi, non possono essere mappati in 3D. Un processo noto come clearing potrebbe aiutare a risolvere questo problema. Il clearing è un processo tradizionale con cui i campioni di tessuto vengono resi altamente trasparenti con diversi solventi e reagenti, pur mantenendo la loro struttura. Tuttavia, durante il lavaggio intensivo, anche piccole molecole come le sonde fluorescenti vengono eliminate dal tessuto.
Un team guidato da Shinsuke Sando dell'Università di Tokyo ha ora sviluppato un nuovo metodo per visualizzare l'attività di un enzima in 3D ad alta risoluzione all'interno di organi interi e ripuliti. Come esempio hanno scelto l'aminopeptidasi N (APN), un enzima di scissione dei peptidi che svolge un ruolo importante in vari processi fisiologici e nello sviluppo dei tumori. Il successo è dovuto a una molecola sonda appositamente sviluppata che consiste in un colorante fluorescente (BODIPY), una "unità di ancoraggio" e un gruppo aminoacidico (alanina).
Se non è presente APN attiva, la sonda rimane inalterata e viene risciacquata durante il processo di pulizia del tessuto. Nelle regioni dell'organo con APN attivo, l'enzima scinde il gruppo aminoacidico dalla sonda, attivando l'unità di ancoraggio. Quest'ultima si attacca alle proteine presenti nell'area immediata e fissa solidamente la sonda fluorescente alla struttura tissutale circostante, in modo che non venga lavata via. Ciò ha permesso al team di ottenere mappe 3D ad alta risoluzione dell'attività dell'APN con la microscopia a fluorescenza in reni interi di topo. I ricercatori sono stati persino in grado di visualizzare le differenze nell'attività dell'APN nelle singole strutture tubulari all'interno dei reni.
Il team ha anche studiato gli effetti degli inibitori dell'APN. Hanno osservato modelli diversi nella soppressione della fluorescenza tra l'agente antitumorale sperimentale actinonina e un altro inibitore APN. Queste differenze potrebbero derivare da differenze nell'assorbimento, nel metabolismo e/o nella farmacocinetica. La nuova tecnologia di imaging apre la strada a un metodo di valutazione imparziale per lo sviluppo di farmaci che non trascura i piccoli fenomeni che si verificano a livello cellulare in interi organi.
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Pubblicazione originale
Bo Yi, Hiroyuki Yatabe, Daichi M. Sakamoto, Iori Tamura, Yutaro Saito, Naoki Yamada, Ruki Ashikaga, Masafumi Kuroda, Shimpei I. Kubota, Kazuki Tainaka, Shinsuke Sando; "Imaging Heterogeneous Patterns of Aminopeptidase N Activity in Hierarchical Tissue Structures Through High‐Resolution Whole‐Organ 3D Mapping"; Angewandte Chemie International Edition, 2025-4-14
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