Le cellule staminali mesenchimali (MSC) sono cellule in grado di differenziare in svariate tipologie cellulari come osteoblasti, neuroni, condrociti, miociti e adipociti. Nello specifico i condrociti sono le cellule responsabili alla formazione delle cartilagini, tessuti che proteggono le nostre ossa e riempiono le nostre articolazioni. Nel nostro organismo i progenitori dei condrociti differenziano in condroblasti e successivamente in condrociti. I condroblasti sono cellule in grado di secernere matrice extracellulare (ECM), mentre i condrociti sono coinvolti nella riparazione e nella diffusione di nutrienti nella matrice. La condrogenesi è riproducibile anche in vitro, dunque utilizzando cellule staminali derivate da organismi viventi in piastra. I progenitori di questa popolazione possono essere coltivati e fatti proliferare, ma attraverso l’utilizzo di determinati terreni di coltura è possibile indurre il processo di differenziamento. In questo articolo, visualizzeremo la condrogenesi attraverso l’utilizzo di un microscopio olotomografico, un sistema non invasivo che consente di osservare le colture cellulari nel tempo senza alterarle.
Il 3D Cell Explorer di Nanolive è un microscopio innovativo che sfrutta l’indice di rifrazione del campione cellulare per ricostruire un ologramma tridimensionale. Attraverso l’utilizzo di un laser a 520nm è in grado di ottenere immagini in real-time senza l’utilizzo di marcatori a fluorescenza e dunque senza alterare il campione. A riprova di quanto affermato, in figura 1 è possibile apprezzare le potenzialità di Nanolive. Nello specifico, una popolazione di cellule staminali mesenchimali è stata indotta a differenziare in condrociti e osservata al settimo, nono e decimo giorno di differenziamento. Le sessioni di registrazione sono durate 40, 20 e 60 ore rispettivamente, mentre le immagini acquisite ogni 30 minuti. Nonostante la prolungata esposizione al laser, le cellule hanno intrapreso la via del differenziamento senza alcun problema rimanendo vitali e attive lungo tutta la durata dell’esperimento. Per apprezzare l’intero processo, suggeriamo la visualizzazione dell’intero video a questo link, mentre in figura 1 sono riportati i frames di ogni sessione di imaging.
Nella prima immagine in figura 1A è possibile osservare la popolazione di condroblasti molto confluente. Ogni condroblasto è caratterizzato da numerosi filamenti di F-actin, “stress fibers” che organizzate in un fitto network si estendono dal nucleo fino alla periferia della cellula. Le strutture globulari bianche invece consistono in granuli di collagene di tipo II, le quali verranno secrete dai condroblasti per formare la matrice extracellulare. Infine, nel citoplasma dei condroblasti è possibile notare la formazione di vacuoli, organelli transitori che si formano attraverso il processo di endocitosi (internalizzazione della membrana cellulare, essenziale per la degradazione e il riciclo di componenti cellulari).
Con il progredire del differenziamento, la quantità di granuli di collagene e vacuoli aumenta come riportato in figura 1B, dove è riportato un frame del nono giorno di differenziamento. Verosimilmente, la localizzazione del collagene riflette la posizione del reticolo endoplasmatico, essendo l’organello nel quale avviene la massiccia produzione di collagene.
Infine, al decimo giorno iniziano a crearsi degli spazi tra i condrociti (Figura 1C). Infatti, quando completamente differenziati, i condrociti si circondano di matrice extracellulare formando delle strutture che prendono il nome di lacunae. Tali spazi osservabili durante il video label-free ottenuto con Nanolive, rappresentano il primo step verso la formazione delle lacunae e solamente un esperimento di maggior durata potrebbe confermare questa ipotesi.
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