Una tecnica di imaging avanzato consente oggi di distinguere con precisione gli astrociti sani da quelli malati, aprendo nuove prospettive per la diagnosi precoce delle patologie neurologiche. È il risultato di uno studio internazionale Italia–USA, pubblicato sulla rivista Advanced Science, che ha individuato una vera e propria “firma proteica” capace di rivelare lo stato di salute di queste cellule fondamentali del cervello.
Astrociti: cellule chiave per la salute del cervello
Gli astrociti sono cellule gliali a forma di stella che svolgono un ruolo essenziale nel mantenere l’equilibrio chimico e funzionale del sistema nervoso centrale. Regolano il flusso di acqua e ioni, supportano l’attività neuronale e dialogano con i vasi sanguigni cerebrali. Alterazioni nella loro struttura e funzione sono associate a malattie neurodegenerative e oncologiche, come Alzheimer e glioma.
Lo studio Italia–USA e il ruolo del Cnr-Isof e della Boston University
La ricerca è stata condotta da un team guidato dalla prof.ssa Michelle Y. Sander della Boston University e dal gruppo di Valentina Benfenati dell’Cnr-Isof (Istituto per la sintesi organica e la fotoreattività del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Bologna).
Grazie a una collaborazione interdisciplinare che unisce nanomateriali, neuroscienze e ottica avanzata, i ricercatori hanno sviluppato un approccio in grado di analizzare gli astrociti senza alterarne lo stato fisiologico naturale.
Microscopia fototermica a infrarossi: una svolta nell’imaging cellulare
Il cuore della scoperta è l’impiego della microscopia fototermica multispettrale a infrarossi con risoluzione temporale avanzata, una tecnica innovativa che consente di:
- analizzare la struttura chimica delle proteine;
- osservare la morfologia dei microdomini astrocitari;
- correlare struttura molecolare e funzione biologica.
Questa tecnologia ha permesso di individuare differenze nette tra astrociti differenziati e non differenziati, definendo una firma proteica distintiva legata allo stato di salute cellulare.
Microdomini astrocitari e malattie neurologiche
Lo studio si è concentrato sui microdomini, minuscole estensioni cellulari micrometriche attraverso cui gli astrociti regolano l’equilibrio tra biomolecole, ioni e acqua nel cervello. Le alterazioni morfologiche e chimiche di questi microdomini sono direttamente collegate a patologie croniche come Alzheimer e glioma, ma finora risultavano difficili da studiare senza interferire con la fisiologia cellulare.
Il nuovo metodo colma questa lacuna, consentendo una caratterizzazione precisa e non invasiva dei microdomini astrocitari.
Medicina predittiva e riduzione dei modelli animali
«Questo studio ci ha permesso di ottenere l’esclusiva impronta digitale chimica degli astrociti sani», spiega Valentina Benfenati. «Da anni lavoriamo su modelli in vitro utili alla medicina predittiva, con l’obiettivo di ridurre l’utilizzo di modelli animali nella ricerca preclinica».
Le analisi chimiche hanno mostrato che gli astrociti cresciuti su nanomateriali presentano una maggiore resistenza termica, evidenziando un legame diretto tra struttura proteica secondaria e dinamiche di diffusione che regolano l’equilibrio idrico e ionico cerebrale.
Implicazioni future per Alzheimer, glioma e neuroscienze
Secondo Chiara Lazzarini, co-prima autrice dello studio, «disporre di informazioni sull’architettura molecolare e sulla struttura chimica dei microdomini degli astrociti, attraverso un approccio label-free, rappresenta un passo decisivo per comprendere i meccanismi della glia sia in condizioni fisiologiche sia patologiche».
Le applicazioni spaziano dalla diagnosi precoce delle malattie neurodegenerative allo studio del neurosviluppo, aprendo nuove strade per terapie mirate e personalizzate.
Collaborazioni e finanziamenti internazionali
Alla ricerca hanno contribuito anche il Università di Bari e l’Università di Bologna. Il progetto è stato finanziato da AFOSR, National Science Foundation, MUR attraverso PNRR, NEXTGENERATIONEU e programmi PRIN-PNRR, e rientra nelle attività strategiche della cooperazione scientifica e tecnologica Italia–USA.
In sintesi, l’imaging avanzato applicato agli astrociti segna un punto di svolta nella comprensione delle malattie neurologiche, offrendo strumenti concreti per la medicina predittiva e la ricerca traslazionale sul cervello.
