Una tecnologia capace di raccogliere e analizzare importanti molecole presenti all’interno dei neuroni senza danneggiare o distruggere le cellule nervose. Si chiama SNaP, acronimo di Synthetic Nanoparticles for MiRNA Profiling, ed è il risultato della collaborazione tra l’Istituto di Neuroscienze del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Pisa, Cnr-In, e il Laboratorio Bio@SNS della Scuola Normale Superiore. La nuova nanobiotecnologia potrebbe offrire strumenti preziosi per comprendere cosa accade nei neuroni durante le fasi iniziali delle malattie neurodegenerative, tra cui l’Alzheimer e altre forme di demenza. Il sistema permette infatti di studiare i microRNA prodotti dalle cellule nervose e di seguirne le variazioni nel corso del tempo, superando uno dei principali limiti incontrati fino a oggi dalla ricerca. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica Journal of Nanobiotechnology ed è stato coordinato da Cristina Di Primio, ricercatrice del Cnr-In. Alla ricerca ha collaborato, in qualità di co-corresponding author, Antonino Cattaneo, scomparso il 29 giugno scorso, per molti anni professore ordinario di Fisiologia alla Scuola Normale Superiore e tra i più importanti studiosi dell’Alzheimer.
SNaP permette di analizzare i neuroni senza danneggiarli
Comprendere i fenomeni che si verificano all’interno delle cellule nervose nelle prime fasi di una patologia neurodegenerativa rappresenta una delle sfide più complesse della ricerca scientifica. Riuscire a individuare precocemente le alterazioni molecolari associate all’insorgenza e all’evoluzione di una malattia potrebbe infatti contribuire alla definizione di strategie terapeutiche più adeguate. Uno degli elementi al centro dello studio è rappresentato dai microRNA, piccole molecole capaci di regolare l’attività di numerosi geni. Negli ultimi anni queste molecole hanno suscitato un interesse crescente come possibili biomarcatori, ossia indicatori biologici la cui presenza o variazione può fornire informazioni importanti sull’evoluzione di una patologia. Fino a oggi, tuttavia, lo studio dei microRNA contenuti nei neuroni presentava un limite rilevante. Per analizzare queste molecole era necessario rompere le cellule nervose ed estrarne il contenuto. La distruzione delle cellule impediva quindi di osservare gli stessi neuroni in momenti differenti e di seguirne l’evoluzione nel tempo. La tecnologia SNaP modifica radicalmente questo approccio. Le cellule nervose vengono istruite per produrre particolari nanoparticelle sintetiche capaci di legare i microRNA presenti al loro interno e di trasportarli all’esterno, nel terreno utilizzato per la coltura cellulare. I ricercatori possono così isolare le nanoparticelle e analizzare il materiale trasportato senza compromettere l’integrità dei neuroni che lo hanno prodotto.
Come funzionano le nanoparticelle SNaP
Il funzionamento di SNaP si basa sulla capacità delle nanoparticelle di formarsi direttamente all’interno delle cellule nervose. Una volta assemblate, queste strutture intercettano i microRNA presenti in specifiche zone della cellula e li accompagnano verso l’esterno. “SNaP si auto-assembla all’interno dei neuroni, aggancia i microRNA presenti in specifici compartimenti subcellulari e viene poi rilasciata nel mezzo di coltura. Da lì possiamo raccoglierla e analizzare il contenuto di microRNA senza danneggiare le cellule che l’hanno prodotta”, spiega Cristina Di Primio. Il passaggio decisivo consiste proprio nella possibilità di recuperare le informazioni molecolari dal mezzo di coltura senza dover intervenire in maniera distruttiva sulle cellule. I neuroni rimangono quindi vitali e possono continuare a essere osservati e studiati. Questo sistema trasforma l’analisi dei microRNA da una fotografia statica a un’osservazione potenzialmente ripetibile. Le stesse cellule possono essere esaminate più volte, permettendo di verificare come il loro profilo molecolare cambi nel corso di un determinato processo biologico o durante l’evoluzione di una patologia.
Lo studio dei microRNA diventa dinamico
Uno degli aspetti più innovativi di SNaP riguarda la possibilità di raccogliere informazioni dagli stessi neuroni in momenti differenti. In precedenza, la necessità di distruggere le cellule consentiva di osservare solamente la loro condizione in un preciso momento. Con la nuova tecnologia diventa invece possibile seguire nel tempo le variazioni dei microRNA, confrontando le informazioni prodotte dalla medesima popolazione di cellule durante diverse fasi di sviluppo o di alterazione. Questa caratteristica potrebbe consentire di studiare in maniera più approfondita i processi molecolari associati alle malattie neurodegenerative, osservando fenomeni che finora potevano essere analizzati esclusivamente in modo statico. La possibilità di effettuare prelievi ripetuti senza danneggiare i neuroni potrebbe inoltre aiutare a individuare quali variazioni dei microRNA si manifestino nelle fasi iniziali della malattia e quali, invece, emergano negli stadi successivi.
Nuovi strumenti per la ricerca sull’Alzheimer e sulle demenze
La ricerca dimostra come le nanotecnologie possano essere utilizzate per realizzare strumenti capaci di interrogare le cellule e raccogliere informazioni molecolari senza distruggerle. SNaP non rappresenta, allo stato attuale, una terapia per l’Alzheimer o per altre forme di demenza. Il suo valore risiede soprattutto nella possibilità di migliorare lo studio dei meccanismi biologici e molecolari che accompagnano l’insorgenza e la progressione delle patologie neurodegenerative. L’analisi dei microRNA potrebbe contribuire in futuro all’identificazione di nuovi biomarcatori, utili per comprendere l’evoluzione della malattia. Le informazioni ottenute attraverso questa tecnologia potrebbero inoltre favorire lo sviluppo di nuovi approcci terapeutici, offrendo una conoscenza più precisa dei processi che avvengono all’interno dei neuroni. La capacità di osservare le cellule nervose senza alterarne la vitalità rappresenta quindi un passaggio significativo per la ricerca, perché consente di analizzare i fenomeni molecolari come processi dinamici e non più soltanto come condizioni isolate.
Il contributo scientifico di Antonino Cattaneo
Lo studio porta anche la firma di Antonino Cattaneo, che ha seguito e sostenuto il progetto fin dalle sue prime fasi. Lo scienziato, scomparso il 29 giugno, è stato per molti anni professore ordinario di Fisiologia alla Scuola Normale Superiore ed è stato tra i più importanti studiosi dell’Alzheimer. Il suo contributo alla ricerca su SNaP viene ricordato dal direttore del Laboratorio BIO@SNS della Scuola Normale Superiore, Tommaso Pizzorusso. “Antonio Cattaneo ha seguito e sostenuto questo lavoro fin dai suoi inizi. Questo risultato è anche parte della sua eredità scientifica”, è il commento del Direttore del Laboratorio BIO@SNS della Scuola Normale, Tommaso Pizzorusso. La pubblicazione dello studio assume così anche il valore di una testimonianza dell’attività scientifica portata avanti da Cattaneo nel campo delle neuroscienze e della ricerca sull’Alzheimer. Il progetto SNaP rappresenta uno dei risultati del percorso costruito insieme ai ricercatori del Cnr-In e della Scuola Normale Superiore, aprendo nuove prospettive per lo studio dei neuroni e delle alterazioni molecolari associate alle malattie neurodegenerative.
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