Nuova piattaforma ottica per studiare il cancro, parla la scienziata Brenda Green: «Tecnologia che ci permette di vedere in diretta come le cellule tumorali “sentono” le forze meccaniche»

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Carlo Pascarella

Una tecnologia innovativa che combina microscopia ottica e analisi biochimica per rilevare il comportamento meccanico delle cellule tumorali

di Carlo Pascarella

Attualità– Un team internazionale di ricercatori ha sviluppato una piattaforma di microscopia fotonica integrata che consente di osservare in tempo reale come le cellule tumorali percepiscono e rispondono a stimoli meccanici, un aspetto cruciale nella progressione dei tumori e nella formazione di metastasi. La tecnologia è stata pubblicata pochi giorni fa sulla rivista scientifica Advanced Science e rappresenta un significativo passo avanti nella ricerca oncologica.
Il progetto è frutto della collaborazione tra Istituto AIRC di Oncologia Molecolare ETS (IFOM), Milano; Università degli Studi di Milano; Università degli Studi di Perugia; CNRS Institut Curie, Parigi; CNR IOM, Italia. Il finanziamento è stato supportato da un My First AIRC Grant (MFAG) e da fondi PRIN PNRR, unendo competenze di fisica, bioingegneria e biologia molecolare.

La piattaforma integra due tecnologie ottiche senza contatto: 1. Microscopia Brillouin – misura la rigidità e le proprietà meccaniche delle cellule tramite la luce; 2. Spettroscopia Raman – rivela la composizione biochimica interna delle cellule. Questa combinazione permette di monitorare simultaneamente risposte meccaniche e molecolari, ricreando in laboratorio condizioni molto vicine a quelle dei tessuti viventi.

Capire il “linguaggio fisico” delle cellule tumorali
La crescita dei tumori non dipende solo da segnali biochimici: le forze fisiche nel microambiente tumorale — compressioni, stiramenti e deformazioni — influenzano direttamente la capacità delle cellule di migrare, resistere ai farmaci e invadere i tessuti circostanti. Fino a oggi, gli strumenti sperimentali permettevano di osservare solo una dimensione del problema, misurando separatamente proprietà meccaniche o biochimiche, e spesso in condizioni semplificate. La nuova piattaforma consente invece di osservare tutti questi processi contemporaneamente e in tempo reale, senza alterare le cellule.

«Questa tecnologia ci permette di vedere in diretta come le cellule tumorali sentono le forze meccaniche e come ciò cambia il loro comportamento», afferma Brenda Green, bioingegnera canadese che ha guidato lo studio. «È come osservare un dialogo tra fisica e biologia».

Gli esperimenti condotti su sferoidi di tumore mammario — aggregati cellulari tridimensionali che riproducono l’architettura dei tessuti — hanno evidenziato che deformazioni cicliche attivano rapidamente il gene dello stress ATF3, coinvolto nei processi di adattamento e nella potenziale invasività delle cellule.

La “memoria” meccanica e il comportamento cellulare
Uno degli aspetti più interessanti è che le cellule non solo reagiscono agli stimoli meccanici, ma sembrano mantenere memoria dello stress, modificando il comportamento cellulare anche a distanza di ore.
«Le cellule non solo reagiscono, ma mantengono memoria dello stimolo: dopo 24 ore mostrano comportamenti più invasivi, come se la forza avesse riscritto parte del loro “programma” biologico», sottolinea Brenda Green.
Questa scoperta suggerisce che gli stimoli meccanici possano avere effetti duraturi sul comportamento tumorale, aprendo nuove prospettive per la comprensione della progressione dei tumori e delle metastasi.

Costruzioni Laziali

Prospettive cliniche: terapie più mirate e personalizzate
Oltre alla comprensione dei meccanismi fondamentali, la piattaforma può avere applicazioni cliniche concrete. Il team ha già applicato stimoli meccanici controllati a diversi tipi di cellule tumorali, tra cui carcinomi mammari, del colon e glioblastoma, e prevede di estendere gli studi a organoidi derivati da pazienti, che mantengono le caratteristiche specifiche dei tumori reali.

«Stiamo integrando dati meccanici con analisi genetiche e trascrittomiche per identificare vie molecolari attivate da stimoli fisici e bersagli terapeutici per strategie più precise e personalizzate», spiega Green.
Un esempio riguarda il gene ATF3: nei modelli di carcinoma mammario, l’attivazione meccanica di ATF3 favorisce il rimodellamento della matrice extracellulare e può facilitare la migrazione delle cellule. Intervenire su questi processi potrebbe ridurre l’adattamento precoce e aumentare l’efficacia dei trattamenti.

Integrazione interdisciplinare: dalla fisica alla biologia
Il cuore della piattaforma è un dispositivo microfluidico in grado di applicare sollecitazioni fisiche controllate con grande precisione. Combinando questi stimoli con tecniche ottiche senza contatto, i ricercatori possono osservare i processi dinamici di adattamento cellulare in modo finora impossibile.
Questa metodologia rappresenta un esempio significativo di integrazione tra fisica, ingegneria e biologia, mostrando come la collaborazione interdisciplinare possa generare strumenti innovativi per la medicina moderna.

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