3D holografische beeldvorming volgt lysosomale veranderingen in levende cellen zonder chemische labels

Een team van onderzoekers van het Institute of Applied Sciences en Intelligent Systems van de National Research Council of Italy (Isasi-CNR) en het Telethon Institute of Genetics and Medicine (TIGEM) heeft een methode ontwikkeld om lysosomen te observeren in levende gesuspendeerde cellen-kwantitatief, in 3D en zonder het gebruik van chemische labels.

Hun studie, gepubliceerd in ACS nanotoont holografische tomografie in flowcytometrie-configuratie (HTFC) als een krachtig hulpmiddel voor het identificeren van morfologische en ruimtelijke lysosomale veranderingen in modellen van lysosomale opslagziekten (LSD’s), met een focus op Niemann-Pick type C1 (NPC1).

“Deze innovatieve benadering zou een revolutie teweeg kunnen brengen in de studie van lysosomale opslagstoornissen. Voor het eerst kunnen we biofysische parameters van lysosomen meten – zoals dichtheid en volume – en zien hoe pathologische accumulatie van moleculen hun fysieke eigenschappen verandert. Deze parameters kunnen worden gebruikt om ziektemechanisme te bestuderen, progressie, en therapeutische respons. Kan cholesterolaccumulatie oplossen, “zegt Diego Medina, hoofdonderzoeker bij Tigem.

Een stap dichter bij klinische toepassing

Lysosomale opslagziekten zijn een groep van meer dan 60 zeldzame genetische aandoeningen veroorzaakt door enzym- of eiwitdefecten in lysosomen, wat leidt tot ernstige effecten op weefsels en organen, met name het centrale zenuwstelsel. Huidige diagnostische en monitoringmethoden worden beperkt door een gebrek aan hulpmiddelen die realtime functionele analyse van lysosomen in levende cellen mogelijk maken.

De HTFC-technologie biedt labelvrije 3D-beeldvorming met hoge resolutie in een klinisch relevante context-levende levende cellen, in plaats van traditioneel gebruikte hechtende cellen.

“Voor het eerst stelt deze technologie ons in staat om kwantitatieve en driedimensionale informatie te verkrijgen in gesuspendeerde cellen van Niemann-Pick Type C-modellen”, legt Daniele Pirone, eerste auteur en onderzoeker bij Isasi-CNR uit. “Deze context komt veel dichter bij de klinische realiteit.”

Met behulp van HTFC analyseerden de onderzoekers duizenden levende cellen in suspensie en verwerven ze 3D-tomogrammen met hoge inhoud op basis van brekingsindex, zonder kleuring of complexe voorbereiding. Ze identificeerden morfometrische 3D -biomarkers die op betrouwbare wijze gezond kunnen onderscheiden van zieke cellen en volgden de effecten van farmacologische en genetische behandelingen.

“Met deze methode kunnen we veranderingen in lysosomale morfologie en positionering nauwkeurig meten, de weg vrijmaken voor nieuwe biomarkers voor LSD’s,” voeg Pasquale Memmolo, senior onderzoeker bij Isasi-CNR, en Lisa Miccio, senior onderzoeker bij Isasi-CNR toe.

Van bank tot bed: volgende stappen

Vooruitkijkend is het team ernaar om de technologie op van patiënt afgeleide cellen (bijv. Fibroblasten en bloedcellen) te valideren en de ruimtelijke resolutie te verbeteren om de identificatie van een enkele lysosoom te bereiken. Deze vorderingen zouden de voordelen van microscopie met hoge resolutie combineren met grootschalige statistische analyse.

“De integratie van holografische cytometrie in de translationele onderzoekspijplijn is een cruciale stap in de richting van klinische toepassing”, concludeert Pietro Ferraro, onderzoeksdirecteur en hoofdonderzoeker bij Isasi-CNR.

“HTFC heeft een enorm potentieel als een diagnostisch en therapeutisch screeningstool, en onze resultaten moedigen ons aan om verder te gaan met validatie van patiëntencellen.”