Development and characterization of FI 7500: a novel near-infrared dye for in vitro and in vivo cell labeling
Questo articolo presenta lo sviluppo e la caratterizzazione completa di FI 7500, un nuovo colorante nel vicino infrarosso che funge da alternativa versatile e affidabile alla bioluminescenza per visualizzare la morfologia cellulare in colture 2D/3D e monitorare la crescita tumorale e la metastasi in vivo con stabilità a lungo termine e un impatto minimo sulla vitalità cellulare.
Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA di un preprint non sottoposto a revisione paritaria. Non è un consiglio medico. Non prendere decisioni sulla salute basandoti su questo contenuto. Leggi il disclaimer completo
Gli scienziati si sono a lungo affidati a un semplice trucco per vedere l'invisibile: dipingere le cellule con coloranti luminosi. Attaccando un'etichetta fluorescente a una cellula vivente, i ricercatori possono osservare quella cellula che si muove, si divide e interagisce con i suoi vicini sotto un microscopio. Per decenni, queste vernici sono state limitate alla luce visibile, come i colori di un arcobaleno, che si disperde facilmente quando si cerca di guardare in profondità all'interno di un corpo vivente. Per vedere più in profondità, gli scienziati si sono rivolti a una parte diversa dello spettro: la luce del vicino infrarosso. Questa luce invisibile attraversa la pelle e i tessuti molto più facilmente rispetto ai colori visibili, agendo come una torcia che può brillare attraverso una fitta nebbia. Tuttavia, l'uso di questa luce all'interno di un animale vivente ha tradizionalmente richiesto un complicato sistema alternativo. Di solito, i ricercatori dovevano modificare geneticamente le cellule per farle produrre la propria luce, un processo che comporta l'inserimento di geni estranei e poi l'alimentazione degli animali con un substrato chimico speciale ogni volta che volevano scattare una foto. Questo metodo è costoso, richiede tempo e può alterare il modo in cui le cellule si comportano.
Un team di ricercatori si è posto l'obiettivo di trovare un modo più semplice. Volevano testare un nuovo colorante pronto all'uso chiamato FI 7500, che brilla nell'intervallo del vicino infrarosso senza richiedere modifiche genetiche alle cellule. L'obiettivo era vedere se questo colorante potesse aderire alle cellule, rimanere luminoso all'interno di un animale vivente e consentire agli scienziati di tracciare dove andassero quelle cellule, il tutto senza il problema dell'ingegneria genetica o di ripetute iniezioni di sostanze chimiche. Se avesse avuto successo, avrebbe offerto un'alternativa semplice per osservare come le cellule si muovono attraverso il corpo, dalla superficie della pelle fino all'interno degli organi.
I ricercatori hanno iniziato testando il comportamento del colorante in una capsula di Petri. Hanno mescolato il colorante con vari tipi di cellule umane e di topo, osservando attentamente affinché non danneggiasse loro. Hanno scoperto che, a una specifica bassa concentrazione, il colorante era sicuro e iniziava a brillare entro trenta minuti. Sotto il microscopio, il colorante non si limitava a rivestire l'esterno della cellula; si depositava specificamente all'interno del reticolo endoplasmatico, una rete di tubi e sacchi che funge da fabbrica e sistema di trasporto all'interno del citoplasma cellulare. Poiché il colorante riempiva questa rete interna, illuminava l'intera forma della cellula, incluse le lunghe e sottili estensioni, lasciando scuro il nucleo centrale. Ciò forniva una mappa chiara e dettagliata della struttura cellulare. Il team ha anche testato il colorante su sfere tridimensionali di cellule, note come sferoidi, che imitano il modo in cui le cellule si raggruppano nei tessuti reali. Negli sferoidi vivi e non alterati, il colorante riusciva a vedere abbastanza in profondità da mostrare la struttura interna di piccoli ammassi. Quando gli sferoidi venivano fissati e trattati con un agente di chiarificazione speciale per renderli trasparenti, il colorante poteva penetrare ancora più in profondità, rivelando l'interno di cluster più grandi.
Passando dalla capsula al mondo vivente, il team ha iniettato le cellule colorate con questo colorante in topi per vedere quanto durasse la luminosità. In un esperimento, hanno posizionato le cellule colorate sotto la pelle dei topi. Il colorante è rimasto brillante e visibile per tre settimane, permettendo ai ricercatori di tracciare la crescita delle cellule mentre formavano tumori. Interessante notare che l'area luminosa non cresceva di dimensioni man mano che il tumore si sviluppava; invece, la luce rimaneva concentrata nel punto originale mentre il tumore si espandeva intorno ad esso. Questo ha comunicato agli scienziati che, sebbene il colorante fosse eccellente per tracciare dove le cellule avevano iniziato, non poteva essere usato per misurare la dimensione di un tumore in crescita semplicemente guardando la luce. Tuttavia, il colorante non ha impedito la crescita delle cellule, dimostrando di essere sicuro per gli animali.
In un secondo esperimento, il team ha iniettato le cellule colorate direttamente nel flusso sanguigno dei topi per vedere se potevano tracciare dove viaggiavano le cellule. Si sapeva che queste cellule si stabiliscono naturalmente nei polmoni. Entro poche ore, i ricercatori potevano vedere chiaramente le cellule luminose che si accumulavano nei polmoni, confermando che il colorante rimaneva attaccato e abbastanza luminoso da seguire il viaggio delle cellule. Questo funzionava altrettanto bene del metodo tradizionale che utilizza cellule ingegnerizzate geneticamente, ma senza la necessità di complesse modifiche genetiche o ripetute iniezioni di sostanze chimiche. Lo studio conclude che questo nuovo colorante è uno strumento affidabile per osservare il movimento e il posizionamento delle cellule all'interno di un corpo vivente. Offre un modo pratico e meno invasivo per studiare la migrazione e la metastasi cellulare, rimuovendo le barriere dell'ingegneria genetica e dando ai ricercatori una visione più chiara e diretta di come le cellule si comportano in tempo reale.
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