Un biosensore a misura di cellula

Un gruppo di ricerca dell’Università di Bologna ha ideato e realizzato un biosensore che è in grado di monitorare il processo di adesione cellulare a livello delle singole cellule. Lo strumento potrebbe trovare diverse applicazioni in campo biomedico, permettendo ad esempio di osservare il ruolo di singole cellule nel processo di formazione dei tumori oppure durante la fase di guarigione delle ferite.

Pubblicato sulla rivista Nature Communications, lo studio risponde ad un obiettivo oggi cruciale nel campo nella bioelettronica: costruire biosensori efficienti per monitorare il processo di adesione cellulare, cioè il meccanismo che permette alle cellule di interagire tra loro.

"L’adesione cellulare è fondamentale per la comunicazione tra cellule e per la regolazione delle loro funzioni, e di conseguenza gioca un ruolo determinante nello sviluppo e nella conservazione dei tessuti", spiega Tobias Cramer, professore al Dipartimento di Fisica e Astronomia "Augusto Righi" dell’Università di Bologna, tra gli autori dello studio. "Sappiamo infatti che alterazioni nel meccanismo di adesione cellulare possono determinare un’ampia gamma di patologie come tumori, artrite, osteoporosi e arteriosclerosi: osservare da vicino questo processo è quindi una delle sfide oggi più rilevanti ma anche più complesse per le scienze umane".

L’obiettivo degli studiosi dell’Alma Mater era creare un sensore di dimensioni abbastanza ridotte da permettere di monitorare il comportamento delle singole cellule. Per farlo hanno utilizzato un transistor elettrochimico organico (OECT) basato su un particolare polimero – chiamato PEDOT:PSS – che permette di convertire direttamente i segnali chimici in segnali elettrici, amplificandoli in modo da renderli intellegibili.

Il primo passo è stato realizzare un modello sperimentale altamente miniaturizzato del sensore, che è stato testato su microparticelle dielettriche. Posizionando una microparticella sopra il sensore, gli studiosi sono riusciti a rilevare le variazioni del segnale che avvenivano quando veniva modificata la posizione della microparticella.

Il successo ottenuto da questi primi esperimenti ha poi permesso di ottimizzare ulteriormente il sensore e dimostrare le sue capacità anche in un modello in vitro. E anche in questo caso i risultati sono stati positivi: i test realizzati hanno mostrato che è possibile misurare su una singola cellula il passaggio tra lo stato di adesione e quello di distaccamento.

"Abbiamo dimostrato che questo nuovo sensore OECT è in grado di monitorare in maniera affidabile il processo di adesione cellulare su singole cellule", conferma Cramer. "Questo risultato apre la strada per realizzare esperimenti biomedici con lo scopo, ad esempio, di fare luce sul ruolo delle singole cellule nel processo di formazione dei tumori o nei processi rigenerativi di guarigione delle lesioni".

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Communications con il titolo “AC amplification gain in organic electro-chemical transistors for impendance-based single cell sensors”. Gli autori sono Filippo Bonafè, Francesco Decataldo, Isabella Zironi, Daniel Remondini, Tobias Cramer e Beatrice Fraboni, tutti attivi al Dipartimento di Fisica e Astronomia "Augusto Righi" dell’Università di Bologna.