Rendere gli organi trasparenti per vedere come sono fatti e come funzionano, e capire come ripararli in caso di danno senza sezionarli. È lo scopo di Clarity (Clear, Lipid-exchanged, Anatomically Rigid, Imaging/immunostaining Compatible, tissue hYdrogel), un progetto realizzato alla Stanford University in California, i cui primi risultati sono stati pubblicati su Nature. Usando un gel acquoso fatto di acrilamide e formaldeide, i ricercatori sono riusciti a rendere un intero organo, in questo caso il cervello di un topo, trasparente e permeabile conservandone la struttura in 3D. Utilizzando tecniche di imaging come l’immunofluorescenza, gli scienziati sono inoltre riusciti a visualizzare l’anatomia del cervello e ottenere informazioni preziose sul suo funzionamento.
Finora non era stato possibile ottenere immagini tridimensionali di organi intatti e l’unico modo di studiarli era usare fettine sottili, sezioni di tessuto, e ricostruirne la struttura spaziale mediante simulazione al computer. Questo a causa dei lipidi presenti nelle cellule che non lasciano passare la luce e sono impermeabili ai reagenti usati per le tecniche di immagini comunemente usate. Clarity ha permesso di risolvere questo problema grazie a un metodo che rimuove i grassi e lascia tutto il resto strutturalmente intatto.
Nei loro esperimenti Karl Deisseroth, responsabile dello studio, e i suoi collaboratori hanno usato il cervello di alcuni topi da laboratorio e l’hanno impregnato con una soluzione di acrilamide e formaldeide. La formaldeide fissa i tessuti mantenendone inalterata la struttura, mentre l’acrilamide interagisce con proteine, acidi nucleici (Dna e Rna) e piccole molecole presenti nelle cellule. La fase successiva di polimerizzazione, che avviene a 37 gradi e in cui i singoli monomeri di acrilammide si legano l’uno all’altro a formare un polimero, dà origine all’ idrogel che si diffonde nell’organo mantenendone la forma spaziale. I lipidi non bloccati dal gel sono poi rimossi dall’organo fissato con una soluzione ionica. Il risultato di questo processo è un organo completamente trasparente che conserva la sua struttura tridimensionale.
“Questa tecnologia rappresenta uno degli sviluppi più importanti nel campo della neurobiologia”, afferma Thomas Insel, direttore dell’Us National Institute of Mental Health di Bethesda e coautore dello studio. Infatti, grazie all’uso di tecniche basate su marcatori fluorescenti che possono essere visualizzati nell’organo trasparente, come l’immunofluorescenza, è stato possibile osservare per la prima volta la struttura fine del cervello e il percorso di singoli neuroni anche se posti in profondità, di capirne la relazione con il resto dell’organo e l’interazione con altre cellule, un risultato finora impossibile.
L’aspetto più interessante di Clarity è che può essere usato per qualsiasi tessuto, inclusi campioni clinici ottenuti da pazienti. In particolare, con questa tecnica gli autori hanno “reso trasparenti” campioni autoptici di tessuto cerebrale umano non sezionato ottenuto da individui affetti da malattie neuro-psichiatriche. Paragonando i dati strutturali e funzionali ottenuti dai cervelli malati con quelli sani in futuro sarà possibile sviluppare nuove tecniche diagnostiche che permetteranno di capire meglio non solo la biologia e lo sviluppo di questo organo complesso ma anche come si modifica nel caso di malattie o durante l’invecchiamento.
Via: Wired.it
Credits immagine: Kwanghun Chung and Karl Deisseroth, Howard Hughes Medical Institute/Stanford University
