Una tecnica innovativa, sviluppata da un team di ricerca del Cnr-Isof in collaborazione con la Boston University, ha portato alla luce differenze fondamentali nelle strutture proteiche degli astrociti, che sono cellule cerebrali essenziali per mantenere la salute del cervello. Grazie a questo studio, è stata identificata una ‘firma proteica’ che permette di ottenere informazioni significative sullo stato di salute di queste cellule, confrontando quelle in buone condizioni con quelle malate. L’importanza di questi risultati è ben illustrata in un articolo recentemente pubblicato sulla rivista scientifica Advanced Science.
Questo studio pionieristico, frutto di una collaborazione tra Italia e Stati Uniti, ha messo in evidenza differenze molecolari e funzionali cruciali nelle strutture proteiche degli astrociti, le cellule cerebrali a forma di stella che giocano un ruolo vitale per la salute del cervello. La ricerca, diretta dalla Prof.ssa Michelle Y. Sander della Boston University, è stata condotta in sinergia con il gruppo di Valentina Benfenati dell’Istituto per la sintesi organica e la fotoreattività del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Bologna (Cnr-Isof).

Utilizzando la tecnica avanzata della microscopia fototermica multispettrale a infrarossi con risoluzione temporale, il team di ricerca ha identificato le caratteristiche chimiche, strutturali e funzionali delle proteine presenti negli astrociti. Questa ‘firma proteica’ si configura come un indicatore chiave del differenziamento degli astrociti e del loro stato di salute, fornendo informazioni preziose per la comprensione di alcune malattie neurologiche.
In particolare, lo studio ha analizzato la morfologia dei ‘microdomini’, che sono minuscole estensioni cellulari a livello micrometrico, attraverso cui gli astrociti svolgono la loro funzione di mantenimento dell’equilibrio tra biomolecole, ioni e acqua all’interno del cervello, comunicando attivamente con neuroni e vasi sanguigni. La disfunzione e le alterazioni nella morfologia e nella chimica strutturale di questi microdomini sono state collegate a diverse malattie croniche, tra cui l’Alzheimer e il glioma. Tuttavia, i metodi attualmente disponibili spesso non riescono a analizzarli senza compromettere il loro stato fisiologico naturale.

Questa ricerca ha rivelato che gli astrociti differenziati presentano una maggiore resistenza termica. “I nostri risultati evidenziano un legame diretto tra la struttura proteica secondaria degli astrociti differenziati e le dinamiche di diffusione attraverso cui gli astrociti regolano l’equilibrio di acqua e ioni nel cervello”, ha dichiarato Chiara Lazzarini, co-prima autrice dello studio.
“Avere informazioni dettagliate sull’architettura molecolare, sulla struttura chimica e sulla correlazione con la funzione dei microdomini degli astrociti, utilizzando un approccio senza marcatura (ovvero senza alterare il campione), rappresenta un significativo passo avanti nella comprensione di questi importanti elementi cellulari e, più in generale, della glia, sia in condizioni di salute sia in presenza di malattie come il glioma o l’Alzheimer, o in contesti di neurosviluppo, caratterizzati da alterazioni della morfologia o dei processi di diffusione come il volume cellulare”, ha aggiunto Lazzarini.

Il lavoro di ricerca, al quale hanno partecipato anche il Dipartimento di Bioscienze, Biotecnologie e Ambiente dell’Università di Bari e il Dipartimento FaBit dell’Università di Bologna, è stato finanziato da diverse istituzioni, tra cui l’Air Force Office of Scientific Research (AFOSR), il Biophysics Program (ASTROLIGHT e ASTROTALK) della National Science Foundation (NSF) e il Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR) attraverso il Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR-Ecosister) e NEXTGENERATIONEU (NGEU) PRIN-PNRR. Questo studio si inserisce nelle attività strategiche del gruppo di lavoro ‘Advanced Materials, Nanomaterials and Biophysics’ della Commissione congiunta Italia-USA per la cooperazione scientifica e tecnologica, coordinata dal Ministero degli Affari Esteri e della Cooperazione Internazionale italiano e dal Dipartimento di Stato americano, sotto la guida del Dott. Luigi Ambrosio (Cnr) e di Sofi Bin-Salamon (US-AFOSR).

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