Mural-VISTA: A tool for mural cell-vessel interaction assessment and multiscale single-cell topo-morphological analysis

All'interno delle pareti dei nostri vasi sanguigni, si svolge una collaborazione silenziosa ma vitale tra il vaso stesso e le cellule che lo avvolgono. Queste cellule avvolgenti, note come cellule murali, includono periciti e cellule muscolari lisce vascolari. Esse non sono meri rivestimenti passivi; esse modellano e stabilizzano attivamente i piccoli tubi che trasportano il sangue in tutto il corpo. Per comprendere come funzionano queste cellule, gli scienziati devono osservare la loro forma tridimensionale. Per anni, i ricercatori si sono affidati a immagini bidimensionali piatte per studiare queste cellule, un metodo che appiattisce le complesse ramificazioni contorte delle cellule in un unico piano. Questo approccio spesso nasconde la vera natura della cellula, causando la sovrapposizione di diverse parti e oscurando esattamente come la cellula tocchi e interagisca con il vaso che circonda. Senza una visione chiara della struttura tridimensionale completa, è difficile misurare come queste cellule cambino quando la loro chimica interna si trasforma.

Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo strumento digitale chiamato Mural-VISTA. Si tratta di un programma informatico specializzato progettato per prendere modelli tridimensionali complessi di cellule e vasi e misurarli con alta precisione. Invece di guardare un'immagine piatta, lo strumento lavora con una mesh superficiale ricostruita, che è essenzialmente una pelle digitale costruita sopra la forma della cellula. Il software consente a uno scienziato di tracciare interattivamente il centro del vaso e poi separare attentamente le diverse parti della cellula, distinguendo il corpo principale dai lunghi e sottili rami che si protendono verso l'esterno. Una volta separate le parti, il programma calcola trentasei misurazioni differenti. Queste metriche descrivono la forma della cellula a tre diverse scale: i minuscoli segmenti di un ramo, l'intero ramo e la cellula intera come un'unica unità. Utilizzando queste misurazioni, i ricercatori possono quantificare esattamente come la cellula sia costruita e come si posizioni in relazione alla parete del vaso.

Il team ha utilizzato questo nuovo strumento per investigare cosa accade quando viene modificata l'attività di una specifica proteina all'interno della cellula, chiamata RhoA. RhoA è una molecola che aiuta a controllare lo scheletro interno della cellula, che determina la sua forma e la sua rigidità. I ricercatori hanno testato due scenari: uno in cui la proteina era bloccata in uno stato permanentemente attivo, e un altro in cui la sua attività era stata significativamente ridotta. Quando la proteina è stata costretta a rimanere attiva, lo strumento ha rivelato che le cellule sono diventate più semplici nella loro struttura. I rami sono diventati meno numerosi e più dritti, allineandosi più strettamente al vaso. Questo cambiamento è avvenuto in entrambi i tipi di cellule murali. Tuttavia, lo strumento ha anche rilevato una differenza tra i due tipi di cellule. Mentre la proteina attiva ha reso l'intera cellula e i suoi rami più solidi e compatti nelle cellule muscolari lisce vascolari, questo cambiamento specifico non si è verificato nei periciti.

Quando i ricercatori hanno ridotto l'attività della proteina, i risultati sono stati diversi e dipendevano dal tipo di cellula. Nei periciti, i rami sono diventati più numerosi e meno solidi, diffondendosi più del solito. Al contrario, le cellule muscolari lisce vascolari non hanno mostrato questo stesso aumento del numero di rami o la diminuzione della solidità. Ciò suggerisce che i due tipi di cellule murali reagiscono in modo diverso quando lo stesso segnale interno viene attenuato. Lo studio conferma che la forma di queste cellule non è casuale, ma è strettamente legata ai loro segnali chimici interni e alla loro relazione fisica con il vaso. Fornendo un modo per misurare queste forme complesse in tre dimensioni, Mural-VISTA offre una finestra più chiara su come queste cellule essenziali mantengano la salute dei nostri vasi sanguigni.