Un nuovo imaging privo di etichette traccia il trattamento del cancro in singole cellule
Uno strumento, molte applicazioni
Ricercatori della Helmholtz di Monaco e dell'Università Tecnica di Monaco hanno sviluppato un metodo innovativo per tracciare le risposte ai trattamenti antitumorali nelle singole cellule, senza bisogno di coloranti o etichette. La loro tecnologia di microscopia optoacustica a medio infrarosso (MiROM) consente di visualizzare in tempo reale i cambiamenti proteici all'interno delle cellule di mieloma viventi, fornendo informazioni precoci sull'efficacia del trattamento. Rilevando il misfolding delle proteine, un indicatore chiave della risposta al trattamento del mieloma, MiROM offre un approccio più rapido e preciso alla personalizzazione della terapia per i pazienti affetti da mieloma multiplo.
Individuare i passi falsi: Come MiROM rileva il disadattamento delle proteine nelle cellule tumorali
MiROM identifica le proteine utilizzando la luce a medio infrarosso per rilevare le vibrazioni molecolari - essenzialmente la "danza" naturale delle molecole all'interno delle strutture proteiche. A differenza della spettroscopia ottica, che misura l'attenuazione della luce, l'optoacustica cattura le onde ultrasonore generate quando le proteine assorbono la luce infrarossa. Questo assorbimento provoca un piccolo aumento di temperatura localizzato, che porta a un'espansione transitoria del mezzo che circonda la proteina e all'emissione di onde ultrasonore. Analizzando questi segnali in tempo reale, MiROM è in grado di rilevare i cambiamenti strutturali delle proteine, come il misfolding, riconoscendo i cambiamenti nella loro "danza" molecolare. Questa capacità fornisce indicazioni cruciali su come le cellule tumorali rispondono al trattamento.
Superare le limitazioni nella valutazione della terapia del mieloma
Il mieloma multiplo è un tumore del sangue che colpisce le plasmacellule del midollo osseo, provocando una produzione anomala di proteine, un indebolimento dell'immunità e danni agli organi. I metodi tradizionali per valutare il trattamento del mieloma richiedono spesso campioni di cellule di grandi dimensioni, una preparazione complessa e misurazioni che richiedono molto tempo, rendendo difficile il monitoraggio tempestivo delle risposte dei singoli pazienti.
MiROM supera queste limitazioni analizzando singole cellule, richiedendo solo un numero minimo di campioni di pazienti e fornendo valutazioni rapide e quasi in tempo reale dell'efficacia del trattamento.
"Poiché MiROM è in grado di analizzare singole cellule in tempo reale senza la necessità di un'elaborata preparazione dei campioni, offre una rapida comprensione di come i trattamenti possano influire sulle strutture proteiche a livello cellulare", afferma Francesca Gasparin, prima autrice dello studio. "In particolare, MiROM rileva la formazione di foglietti beta intermolecolari (strutture legate al misfolding delle proteine) e l'apoptosi, la morte cellulare programmata che indica se i trattamenti contro il cancro stanno funzionando o se si sta sviluppando una resistenza ai farmaci", aggiungono il Prof. Miguel Pleitez e il Prof. Florian Basserman, ricercatori senior dello studio.
Analizzando le singole cellule, il MiROM può scoprire variazioni nella risposta al trattamento all'interno del tumore di un paziente, aprendo la strada ad aggiustamenti terapeutici personalizzati.
Uno strumento, molte applicazioni
Oltre al mieloma multiplo, la MiROM ha un grande potenziale per altre malattie legate al misfolding delle proteine, tra cui l'Alzheimer e il Parkinson. I progressi in corso, tra cui l'ottimizzazione della durata dell'impulso laser e l'aumento della velocità di imaging, potrebbero migliorare ulteriormente la sua sensibilità e ampliare le sue applicazioni cliniche.
"Prevediamo l'uso della MiROM nello screening dei farmaci, nei test diagnostici e nel monitoraggio domiciliare dei pazienti", afferma il Prof. Vasilis Ntziachristos, anch'egli ricercatore senior dello studio. La futura convalida clinica in coorti di pazienti più ampie sarà il prossimo passo per portare questa tecnologia nella pratica medica di routine".
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Pubblicazione originale
Francesca Gasparin, Marlene R. Tietje, Eslam Katab, Aizada Nurdinova, Tao Yuan, Andriy Chmyrov, Nasire Uluç, Dominik Jüstel, Florian Bassermann, Vasilis Ntziachristos, Miguel A. Pleitez; "Label-free protein-structure-sensitive live-cell microscopy for patient-specific assessment of myeloma therapy"; Nature Biomedical Engineering, 2025-7-14
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