Cellule tumorali senza più segreti: donato al Regina Elena un super microscopio dalla Fondazione Roma

L’alta risoluzione del microscopio permette di osservare ambienti tumorali realistici e comprendere meglio i meccanismi che guidano le varie mutazioni del cancro

Roma, 2 Luglio  2019

Anche le cellule hanno un loro scheletro. Viene chiamato Citoscheletro ed è fatto da una serie di proteine specifiche. Le cellule tumorali hanno citoscheletri differenti non solo rispetto alle cellule sane ma anche tra individuo e individuo con lo stesso tipo di neoplasia. L’eterogeneità dei tumori nei singoli pazienti, quindi, dipende non solo dalla loro variabilità genetica ed epigenetica ma anche dalla modificazione delle strutture citoscheletriche delle cellule tumorali. Queste caratteristiche possono rendere i pazienti resistenti non solo alle terapie antitumorali convenzionali, ma perfino a quelle di precisione. Per una efficace lotta ai tumori occorre quindi poter affiancare l’analisi genetica con lo studio del fenotipo tumorale, cioè della struttura tridimensionale della cellula.

E’ per tali motivi che con grande soddisfazione dei ricercatori, è stato inaugurato oggi 2 Luglio, presso l’Istituto Nazionale Tumori Regina Elena (IRE), il Microscopio a fluorescenza confocale di ultima generazione, che ci pone nella privilegiata condizione di analizzare anche il “fenotipo” cioè “l’aspetto esteriore” del tumore, con tecnologie al vertice dell’imaging cellulare per risoluzione, sensibilità e velocità lineari.

Il microscopio è stato donato dalla Fondazione Roma. Lo strumento offre immagini ad altissima risoluzione  di tutte le  strutture interne della cellula: cromosomi, mitocondri, citoscheletro ecc., su cellule fissate o anche su cellule vive senza quindi alterare il campione biologico concomplicati passaggi di colorazione o fototossicità.

Si tratta – dichiara Francesco Ripa di Meana, Direttore generale IFO – di una piattaforma altamente innovativa che consente di potenziare e “fondere” ricerca traslazionale e medicina di precisione.

Lo strumento – spiega Gennaro Ciliberto, Direttore scientifico dell’Istituto Regina Elena – facilita e favorisce  la collaborazione  tra ricercatori, patologi, oncologi e chirurghi. Infatti grazie alle informazioni che si ottengono dall’osservazione ad altissima risoluzione  di cellule e tessuti tumorali pre-trattamento e post-trattamento è possibile ottenere classificazioni diagnostiche e prognostiche sempre più precise del paziente oncologico e terapie a bersaglio molecolare, immunomodulatori e radioterapia sempre più efficaci.”

Erano presenti all’evento di oggi la direzione strategica degli Istituti e il Presidente della Fondazione Roma Prof. Avv. Emmanuele Francesco Maria Emanuele che ha affermato: “Oggi giunge a felice conclusione un intervento da me fortemente voluto allorché ero Presidente della Fondazione Roma, che testimonia, se ve ne fosse bisogno, la vicinanza della Fondazione alle esigenze di aggiornamento tecnologico della ricerca in campo bio-medico, da troppi anni trascurata, a causa della nota e costante inadeguatezza delle risorse pubbliche.

La cellula tumorale è organizzata in comparti cellulari la cui dimensione è di nanometri ed i livelli di segnale nei campioni biologici sono molto bassi. Grazie al nuovo super microscopio sarà ora possibile osservare, con un elevata risoluzione, sensibilità e velocità tessuti biologici ottenuti direttamente da biopsie di pazienti, prima e dopo una terapia convenzionale o personalizzata.

Particolare attenzione è rivolta ormai all’osservazione del “microambiente tumorale”. Tale ambiente dà importanti informazioni sulla componente infiammatoria che stimola la proliferazione e la sopravvivenza di cellule maligne, promuove la vascolarizzazione del tumore  e le metastasi, sovverte le risposte immunitarie e la risposta a chemioterapici.

Attraverso questo potente strumento – spiega Silvia Soddu, Responsabile della Unità Network cellulari e bersagli terapeutici molecolari IRE– è quindi possibile studiare i parametri del microambiente tumorale rispetto al tessuto non patologico. Non solo. Attraverso la piattaforma sarà possibile osservare cellule vive, sia geneticamente modificate che sottoposte a trattamenti anti-neoplastici, per studiare i meccanismi molecolari coinvolti nella formazione dei tumori e nella risposta alle terapie mirate, o nella resistenza ai trattamenti.  Sarà anche possibile osservare parametri cellulari senza minimamente alterare la cellula: apoptosi, proliferazione, citotossicità, angiogenesi, proliferazione di cellule immunitarie, marcatori, ecc..

Sono stato particolarmente felice di essere presente alla presentazione dell’apparecchiatura di imaging all’avanguardia nella microscopia a fluorescenza e confocale – ha concluso il Presidente Onorario della Fondazione Roma, Prof. Avv. Emmanuele Francesco Maria Emanueleperché, come oggi sempre più necessario, consente al Regina Elena di mantenere quegli standard di eccellenza e di aggiornamento tecnologico che sono indispensabili per mettere in condizione i ricercatori di arrivare a capire integralmente i meccanismi cellulari, così da consentire poi ai medici di intervenire con efficacia nei processi patologici.


MICROSCOPIO CONFOCALE SPETTRALE ZEISS LSM 880 CON 6 LASER
SU STATIVO ROVESCIATO ZEISS AXIO OBSERVER 7
DOTATO DI SISTEMA IN SUPER-RISOLUZIONE AIRYSCAN PER LIVE-IMAGING VELOCE E TIMELAPSE

Il sistema confocale oggi a disposizione dell’Istituto Nazionale Tumori Regina Elena grazie alla donazione della Fondazione Roma si posiziona al vertice della strumentazione confocale, sia come sensibilità, sia come risoluzione, sia come precisione meccanica. Lo strumento è l’ultimo nato anche rispetto alle macchine concorrenti e presenta, grazie all’elevata tecnologia impiegata, una semplicità d’uso inimmaginabile per un sistema di questo livello. Ciò consente un approccio diretto alla macchina da parte di ricercatori non necessariamente deputati all’utilizzo specifico di questo tipo di attrezzature e, cosa ancora più rilevante, di analizzare i preparati istologici visualizzando campi di grandi dimensioni.

Alcune caratteristiche in particolare:
1) La sensibilità Airyscan consente, lavorando in parallelo, di applicare potenze laser fino a 10 volte inferiori rispetto alla tradizionale microscopia confocale, a diretto vantaggio di campioni sensibili e soprattutto per l’imaging cellulare dal vivo. 
2) La risoluzione è 1,7 volte più elevata nelle tre dimensioni x, y, z rispetto alla normale microscopia confocale. Abbatte quindi la barriera del limite di risoluzione di Abbe e permette di apprezzare meglio le co-localizzazioni e i dettagli fini, altrimenti molto più difficilmente interpretabili. 
3) La risoluzione è normalmente un parametro direttamente proporzionale all’apertura numerica (corrispondente all’ingrandimento del campo analizzato) dell’obiettivo usato. Il confocale LSM 880, oltre agli obiettivi ad alto ingrandimento tra i migliori in commercio in termini di risoluzione, mediante il sistema Airyscan permette l’acquisizione d’immagini ad alta risoluzione anche con obiettivi con piccola apertura numerica, ovvero gli obiettivi necessari per la visione dei preparati istologici e del microambiente extracellulare.
4) E’ fornito di un sistema d’incubazione con CO2 e temperatura regolabile utile per la crescita cellulare e indispensabile nelle analisi in cellule vive che consentono di studiare i diversi processi molecolari nel tempo e nello spazio.
5) La linea laser a 405nm (UV) ad alta potenza permette la visualizzazione del DNA, indispensabile negli studi di regolazione genica, epigenetica, regolazione della divisione cellulare e della condensazione e segregazione dei cromosomi, tutti eventi biologici fortemente deregolati in quasi la totalità delle cellule tumorali.
6) In ultimo, ma non meno importante, lo strumento è pensato per poter essere implementato anche in futuro, è stato progettato tenendo conto della rapida evoluzione della scienza e della tecnologia, per poter offrire anche la massima flessibilità operativa.


Grazie a questo sistema possiamo a studiare: 
A) i tessuti biologici ottenuti direttamente da biopsie di pazienti pre e/o post-terapia convenzionale o personalizzata o da modelli sperimentali come i PDX (patient derived xenograft). L’aspetto più importante, soprattutto nello studio di campioni biologici, è che l’aumento della risoluzione non avviene a scapito della sensibilità, come con gli altri sistemi confocali. Ciò consentirà di ottenere una visione d’insieme con valutazione di parametri microabientali come la linfo-angiogenesi, l’infiltrato infiammatorio/immunitario, la fibrosi e la rigidità tissutale delle aree tumorali e peri-tumorali rispetto al tessuto non patologico;


B) le cellule vive geneticamente modificate per studiare i pathway molecolari coinvolti nella tumorigenesi, nella risposta alle terapie mirate, o nella resistenza acquisita durante i trattamenti anti-neoplastici (per es. oncogeni o oncosoppressori resi visibili in cellule vive mediante la sintesi di proteine chimeriche autofluorescenti ottenute con le metodiche del CRISPR/Cas9 o manipolazioni alternative).

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