L’utilizzo di nanoparticelle (NPs) in biologia cellulare si è diffuso nell’ultimo decennio, grazie alla capacità di questi vettori di trasportare farmaci in maniera mirata. Di conseguenza, negli ultimi anni è diventato necessario avere strumenti in grado di monitorare il delivery delle NPs e quantificarne la loro “assunzione” (uptake) da parte delle cellule. Nel nostro precedente articolo “Misurare l’Uptake di nanoparticelle con Nanolive LIVE Cytotoxicity Assay” (NanoliveLC3) abbiamo già trattato questo argomento. In questo articolo, abbiamo presentato la possibilità di visualizzare e monitorare l’uptake di NPs utilizzando l’olotomografia di Nanolive combinata alla fluorescenza. Nello specifico, grazie all’imaging label-free di Nanolive, è possibile visualizzare senza marcatori la popolazione cellulare, mentre con il modulo a fluorescenza integrato, seguire le NPs marcate con fluorescenza. Infine, grazie al modulo d’analisi LIVE Cytotoxicity Assay è possibile quantificare l’uptake andando a quantificare il segnale a fluorescenza.
Tuttavia, non sempre è possibile ottenere NPs coniugate con marcatori a fluorescenza, di conseguenza misurarne il loro uptake diventa più difficile, ma grazie a Nanolive, non impossibile.
L’olotomografia di Nanolive consiste nella quantificazione diretta dell’indice di rifrazione e consente di ottenere una mappa tridimensionale della cellula. In questo modo, Nanolive permette la distinzione di vari componenti cellulari, ma anche di tutte le strutture esogene caratterizzate da un indice di rifrazione specifico.
Nel caso delle NPs, un ottimo esempio arriva dalla pubblicazione di Friedrich et al., nella quale i ricercatori hanno sfruttato la precisa quantificazione dell’RI di Nanolive per quantificare l’uptake di NPs [1]. Nello specifico, le nanoparticelle utilizzate in questo studio sono caratterizzate da un indice di rifrazione alto, dunque distinguibile dal citoplasma. Sfruttando questa proprietà intrinseca delle NPs, è stato possibile discriminare e quantificare le nanoparticelle (Figura 1).
Figura 1: A. Immagine olotomografica di 9 cellule dove la scala di grigi corrisponde al valore dell’indice di rifrazione. B. Stessa immagine in A, ma visualizzata in 3 dimensioni. C, D e E. Ricostruzione tridimensionale dell’immagine olotomografica in 3 orientamenti differenti, alla quale è stata applicata una colorazione digitale. A determinati range di indice di rifrazione è stato assegnato un colore; nello specifico, al citoplasma il verde, alle nanoparticelle il rosso.
Oltre alla detection e alla quantificazione delle nanoparticelle, Nanolive consente il monitoraggio in tempo reale delle cellule e dunque la determinazione della cinetica di assorbimento delle NPs, fornendo informazioni dinamiche sulla velocità e sul percorso intracellulare delle particelle. Grazie all’elevata risoluzione spaziale, alla natura label-free e alla capacità di analisi quantitativa, la tecnologia di Nanolive si propone come importante alternativa per lo studio dell’interazione tra nanomateriali e cellule vive, con potenziali applicazioni in ricerca preclinica, farmacologia e tossicologia.
[1] Friedrich RP, Schreiber E, Tietze R, Yang H, Pilarsky C, Alexiou C. Intracellular Quantification and Localization of Label-Free Iron Oxide Nanoparticles by Holotomographic Microscopy. Nanotechnol Sci Appl. 2020 Dec 9;13:119-130. doi: 10.2147/NSA.S282204. PMID: 33328727; PMCID: PMC7734071.
