Visualizzare la decisione del destino cellulare con la microscopia avanzata: intervista al Dott. Aoki

La microscopia avanzata è più di una finestra sulle cellule: è un modo per scoprire le decisioni nascoste che plasmano la vita a livello cellulare. Abbiamo parlato con il Dott. Kazuhiro Aoki della Graduate School of Biostudies dell'Università di Kyoto, il cui lavoro esplora i meccanismi della decisione del destino cellulare: come le cellule elaborano le informazioni e scelgono il loro percorso futuro.

Dopo aver utilizzato la piattaforma del microscopio invertito motorizzato IXplore IX85, il Dott. Aoki ha condiviso le sue impressioni su come il sistema supporti la sua ricerca attuale, i suoi obiettivi futuri e una comprensione approfondita del comportamento cellulare.

Informazioni sul Dott. Kazuhiro Aoki

Il Dott. Kazuhiro Aoki ha conseguito il dottorato di ricerca presso la Facoltà di Medicina dell'Università di Osaka. Dopo aver svolto attività di ricerca e formazione presso gli Istituti nazionali di scienze naturali, ora è professore presso la Graduate School of Biostudies dell'Università di Kyoto. La ricerca del Dott. Aoki si colloca nel campo interdisciplinare della biologia cellulare e della biologia dei sistemi. La sua ricerca si concentra in particolare sulla visualizzazione e quantificazione dell'elaborazione delle informazioni e delle dinamiche di trasduzione del segnale a livello di singola cellula mediante imaging a fluorescenza, optogenetica e biosensori.

D: Su quale ricerca si sta concentrando attualmente?

Dott. Aoki: Attualmente mi sto concentrando sui meccanismi della determinazione del destino cellulare: come le cellule ricevono vari stimoli dal loro ambiente esterno, come temperatura e nutrienti, elaborano tali informazioni e decidono il destino cellulare, come proliferazione, differenziazione o morte.

Anche quando sembrano uguali, ciascuna cellula ha la sua individualità ed eterogeneità. I metodi di ricerca convenzionali solitamente prevedono la raccolta di circa un milione di cellule, la loro lisi e lo studio del valore medio. Questo metodo, tuttavia, rende impossibile cogliere l'individualità di ogni cellula. Per catturare queste differenze causate dall'individualità cellulare, utilizziamo un microscopio per osservare ogni cellula una per una.

Il mio punto di partenza è il grande desiderio di «vedere l'individualità delle cellule». I metodi che utilizzo sono difficili e richiedono molto tempo, ma è proprio il desiderio di comprenderli e superarli che mi motiva a continuare la mia ricerca.

D: Cosa l'ha portata a focalizzare la sua ricerca sui meccanismi della decisione del destino cellulare?

Dott. Aoki: Inizialmente, ero interessato alla trasduzione dei segnali nel cancro e stavo cercando di ricostruire al computer le vie di segnalazione del cancro che avvengono all'interno delle cellule. Combinando esperimenti e simulazioni al computer, abbiamo fatto delle previsioni e le abbiamo verificate. Tuttavia, quando abbiamo cercato di osservare il fenotipo cellulare, cioè come si comportano effettivamente le cellule, abbiamo scoperto che un singolo modello di simulazione al computer non era in grado di spiegare molti aspetti.

Anche a parità di condizioni, alcune cellule si dividevano mentre altre no, e alcune si muovevano mentre altre rimanevano statiche. Anche nel caso delle cellule infiltranti il cancro, l'infiltrazione spesso non avviene nelle singole cellule, ma come movimento collettivo. Così ho iniziato a interessarmi sempre di più a domande come: «Come si comportano le cellule come collettività?» e «Chi è leader e chi è seguace?» Il mio grande desiderio di utilizzare l'imaging al microscopio per osservare e studiare queste questioni mi ha portato a interessarmi ai meccanismi di decisione del destino cellulare.

D: Quali sono per Lei gli aspetti più importanti quando conduce esperimenti al microscopio?

Dott. Aoki: L'individualità e l'eterogeneità delle cellule non possono essere comprese senza osservarle direttamente al microscopio. Ecco perché attribuisco grande importanza all'osservazione meticolosa di ogni singola cellula al microscopio.

Un'attività, questa, che può spesso risultare in un compito estremamente vasto e impegnativo, pertanto la facilità d'uso del microscopio è importantissima. Se ovviamente le prestazioni sono cruciali, apprezzo anche un'interfaccia utente intuitiva, come pure un layout software che si adatti al nostro stile specifico.

D: Quali aspetti del nuovo microscopio invertito IXplore IX85™ si sono rivelati efficaci nei Suoi esperimenti?

Dott. Aoki: L'IXplore IX85 ha migliorato la nostra produttività grazie al suo ampio campo visivo, che ci consente di osservare più cellule contemporaneamente. In passato, potevamo acquisire immagini solo al centro del campo visivo, quindi l'efficienza e la quantità di informazioni non erano paragonabili a quelle attuali. La capacità di acquisire dati di immagini ad alta risoluzione su un ampio campo visivo in un'unica volta è estremamente efficace per la ricerca basata sulla microscopia.

Anche la funzione Correzione intelligente delle ombreggiature per l'unione delle immagini è molto utile. In passato, quando eseguivamo esperimenti per osservare il processo di cicatrizzazione nelle cellule epiteliali coltivate, dovevamo scattare manualmente decine di immagini e unirle. In quei casi, l'intensità della luce diminuiva ai bordi delle immagini, causando disomogeneità durante l'unione, con conseguente necessità di correzione manuale. L'IX85 corregge automaticamente le disomogeneità di illuminazione, il che rappresenta un enorme vantaggio per i ricercatori che lavorano con campioni o tessuti di grandi dimensioni.

Oltre a questi aspetti, ho avuto l'impressione che il microscopio fosse eccellente in termini di qualità dell'immagine. Anche con organoidi di cancro con debole espressione di fluorescenza, l'applicazione della deconvoluzione 3D alle immagini acquisite ci ha consentito di visualizzare chiaramente aggregati intracellulari. Sono rimasto sorpreso dalla quantità di informazioni che siamo riusciti a estrarre da campioni fluorescenti così deboli.

D: In che modo l'obiettivo LUPLAPO25XS, che utilizza un tampone in gel di silicone, ha agevolato i Suoi esperimenti?

Dott. Aoki: L'ingrandimento 25X dell'obiettivo è perfetto per osservare i tessuti profondi, ovvero organoidi da cancro e cisti, oggetto dei nostri studi. Inoltre, il suo design, caratterizzato da una lunga distanza di lavoro e dalla riduzione della differenza di indice di rifrazione con il campione, lo rende un obiettivo estremamente utile perché consente l’osservazione chiara delle zone profonde del campione, prima inaccessibili.

Inoltre, il tampone in gel di silicone, che non utilizza olio per l'immersione, rappresenta un vantaggio significativo per gli esperimenti di imaging al microscopio. Ad esempio, quando si cercano campioni in una piastra a 96 pozzetti, è difficile sapere dove si trovano le strutture sferiche, come i nostri organoidi o le cisti. Questo richiede un flusso di lavoro che prevede prima la ricerca a basso ingrandimento e poi l'osservazione ad alto ingrandimento. Quando si utilizza un obiettivo a immersione in olio ad alto ingrandimento, bisogna fare attenzione al processo di pulizia e di gocciolamento d’olio, e c’è anche il rischio di introdurre bolle. Al contrario, l'utilizzo del tampone in gel di silicone consente un passaggio fluido da un ingrandimento da basso a alto senza contaminare il campione, semplificando notevolmente l'intero flusso di lavoro.

D: Quali nuovi approcci vorrebbe seguire nella Sua ricerca futura?

_{Avvertenza: Le opinioni e le affermazioni espresse in questa intervista sono quelle del singolo ricercatore e non riflettono necessariamente i punti di vista o le affermazioni di Evident. I prodotti e le tecnologie menzionati sono destinati esclusivamente alla ricerca e non sono progettati per applicazioni cliniche o diagnostiche.}