Mappato l’intero intestino umano con una risoluzione che arriva a leggere ogni singola cellula. A raggiungere l’importante traguardo e’ stata l’Universita’ di Medicina del Nord Carolina, negli Stati Uniti. Questo lavoro, pubblicato su Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology, apre le porte all’esplorazione delle molteplici sfaccettature della salute intestinale con una precisione mai vista prima. All’interno del laboratorio di Scott Magness, gli scienziati dell’Unc hanno utilizzato interi tratti gastrointestinali umani di tre donatori di organi e hanno scoperto come i tipi cellulari differiscono in tutte le regioni dell’intestino, facendo luce sulle funzioni cellulari e mostrando le differenze di espressione genica tra queste cellule e tra gli individui. Grazie a questo lavoro, si potranno ottenere informazioni su importanti funzioni cellulari come l’assorbimento dei nutrienti e la difesa immunitaria.
“Il nostro laboratorio ha dimostrato che è possibile conoscere la funzione di ogni tipo di cellula in processi importanti, come l’assorbimento dei nutrienti, la protezione dai parassiti e la produzione di muco e ormoni che regolano il comportamento alimentare e la motilita’ intestinale”, ha affermato Magness, professore associato presso il Joint Dipartimento di Stato di ingegneria biomedica dell’Unc-Nc e autore del documento. “Abbiamo anche appreso come il rivestimento dell’intestino potrebbe interagire con l’ambiente attraverso recettori e sensori e come i farmaci potrebbero interagire con diversi tipi di cellule”. Per questa ricerca, il laboratorio Magness si e’ concentrato sull’epitelio: lo spesso strato unicellulare che separa l’interno dell’intestino e del colon da tutto il resto. Come altre popolazioni cellulari e il microbiota, l’epitelio e’ incredibilmente importante per la salute umana e per anni gli scienziati lo stanno esplorando. Ma fino ad ora, i ricercatori potevano eseguire solo minuscole biopsie delle dimensioni di chicchi di riso da alcune parti del tubo digerente, di solito dal colon o da regioni limitate dell’intestino tenue. Per fare un’immersione cellulare individuale cosi’ profonda, Magness aveva bisogno di due cose: una migliore tecnologia e l’intero tratto digerente degli esseri umani. L’Unc-Chapel Hill ha acquisito la tecnologia di sequenziamento dell’Rna all’avanguardia diversi anni fa per la creazione dell’Advanced Analytics Core Facility attraverso il Center for Gastrointestinal Disease and Biology dell’Unc, che ha sviluppato il peso scientifico e intellettuale: docenti di ricerca, personale, dottorandi e studenti – per utilizzare attrezzature all’avanguardia. Il Magness Group ha acquisito il tratto digerente umano attraverso un accordo di ricerca con i servizi di donatori di organi a HonorBridge. Quando gli intestini vengono prelevati per il trapianto e se non vengono rivendicati da gruppi con priorita’ piu’ alta, lo staff di HonorBridge si coordina con il Magness Group per donare gli organi da trapianto per la ricerca. Per questo studio, lo hanno ripetuto per gli organi di tre donatori separati.
Utilizzando la tecnologia di sequenziamento per caratterizzare l’espressione genica, i ricercatori hanno estratto prima l’Rna da ciascuna cellula mantenendo ogni cellula separata, quindi hanno eseguito il sequenziamento a cellula singola, che scatta un’istantanea di quali geni esprime e quanto ogni cellula intestinale. “L’immagine che otteniamo da ogni cellula e’ un mosaico di tutti i diversi tipi di geni che le cellule producono e questo complemento di geni crea una ‘firma’ per dirci che tipo di cellula e’ e potenzialmente cosa sta facendo”, ha detto Magness . E’ una cellula staminale o una cellula mucosa o una cellula che produce ormoni o una cellula di segnalazione immunitaria? Un grosso problema con questo tipo di ricerca e’ l’enorme quantita’ di dati prodotti. Il sequenziamento a singola cellula raccoglie circa 11.000 “letture”, o singoli campioni di prodotti genici in una sola cellula e in molte migliaia di singole cellule, ciascuna con diverse combinazioni degli oltre 20.000 geni umani che vengono attivati o disattivati. Questo crea quasi 140.000.000 di punti dati per tutte le 12.590 celle dello studio che devono essere inserite in un formato visualizzabile in modo che gli scienziati possano dare un senso alla grande quantita’ di informazioni. “Il cervello umano puo’ comprendere solo due dimensioni, tre e’ una sfida”, ha detto Magness. “Aggiungi tempo ed e’ ancora piu’ complicato comprendere cosa sta combinando una singola cellula. La quantita’ di dati prodotti dai nostri esperimenti – ha concluso – era sostanzialmente di milioni di dimensioni tutte in una volta”.
