Scienze Mediche, Preventive E Della Nutrizione Per La Salute E La Longevità - 41 Ciclo

Le lipid droplets (LDs), o goccioline lipidiche, sono organelli intracellulari ubiquitari nelle cellule eucariotiche. Strutturalmente, le LDs sono costituite da un core idrofobico formato da lipidi neutri - principalmente triacilgliceroli ed esteri del colesterolo - circondato da un monostrato di fosfolipidi. Su questo monolayer si ancorano numerose proteine specifiche, coinvolte nella regolazione del metabolismo lipidico e nella comunicazione con altri compartimenti cellulari. Le LDs si trovano sia nel citoplasma che all'interno del nucleo. Dal punto di vista funzionale, le LDs svolgono ruoli eterogenei che riflettono la complessità delle funzioni cellulari nelle diverse tipologie di cellule. Tra le loro principali funzioni fisiologiche si annoverano la riserva di energia, la protezione contro la perossidazione lipidica e l'attività antiossidante. Tuttavia, è sempre più evidente il loro coinvolgimento attivo anche in contesti patologici. Numerosi studi, infatti, hanno dimostrato che l'accumulo di LDs può essere indicativo di stati patologici specifici. In ambito oncologico, ad esempio, un aumento del contenuto lipidico intracellulare è stato associato ad una maggiore aggressività tumorale e ad una ridotta risposta alle terapie. Inoltre, la presenza eccessiva di LDs è stata correlata con condizioni patologiche definite, come la steatosi epatica associata a disfunzioni metaboliche (MAFLD) e con malattie neurodegenerative croniche come l’Alzheimer, suggerendo un loro potenziale ruolo patogenetico. Tutte queste diverse funzioni hanno fatto delle LDs uno degli organelli cellulari di maggiore interesse scientifico al punto che diversi scienziati hanno denominato questo decennio come l'"Era Molecolare delle Lipid Droplets". Nonostante la conoscenza acquisita ad oggi, resta ancora molto da comprendere sul ruolo funzionale ed attivo che le LDs hanno di modulare il microambiente. Tra le domande che ad oggi meritano di trovare una risposta vi sono:

- Il contenuto delle LDs cambia in funzione dello stato fisiologico/patologico? Ed il loro proteoma?

- In che modo e quali molecole lipidiche possono essere scambiate tra due diverse LDs e quali tra LDs e mitocondri?

- Possono intere LDs essere scambiate tra due cellule diverse?

Tutte queste domande sono fondamentali per riuscire a meglio definire il confine tra stato fisiologico e patologico così come riuscire a definire eventuali nuovi target terapeutici.

Per far ciò è però necessario utilizzare tecnologie innovative in grado di ottenere informazioni ad altissima specificità (single molecule) mantenendo al contempo i campioni biologici in condizioni fisiologiche così da evitare eventuali artefatti indotti dalla metodica o dall'operatore stesso.

Obiettivo del Progetto

Il presente progetto si propone di indagare il ruolo della composizione lipidica delle LDs - in particolare il rapporto tra colesterolo e triacilgliceroli, nonché la distribuzione dei diversi acidi grassi - e la dinamica dello scambio di molecole lipidiche sia a livello intracellulare che intercellulare, come potenziali marcatori predittivi di stati patologici complessi. L’intero studio sarà condotto attraverso l’impiego di tecniche di imaging avanzate, tra cui la spettroscopia microRaman, la spettroscopia Raman stimolata (Stimulated Raman Scattering, SRS), entrambe combinate con sonde lipidiche contenenti isotopi stabili del deuterio (D), e la microscopia confocale a fluorescenza. Queste metodologie consentiranno un'analisi non invasiva e ad alta risoluzione spaziale della composizione e del comportamento delle LDs in modelli cellulari umani di patologie croniche. Comprendere se e come variazioni nella composizione lipidica e negli scambi molecolari delle LDs siano associati a specifici fenotipi patologici potrà fornire nuove chiavi di lettura dei meccanismi cellulari alla base di numerose malattie. Inoltre, tali conoscenze potrebbero aprire prospettive terapeutiche innovative, identificando le LDs come potenziali bersagli per interventi farmacologici in patologie dove esse svolgono un ruolo centrale.

Metodi

Tutti gli esperimenti saranno condotti su modelli cellulari in vitro, sia in 2D che in 3D, utilizzando diverse linee di cellule umane, tra cui epatociti, cellule tumorali e neuronali. Le cellule verranno incubate con sonde lipidiche deuterate fino alla loro completa incorporazione. L’incorporazione, la localizzazione e il metabolismo di tali sonde saranno analizzati mediante spettroscopia Raman e microscopia SRS. Questo approccio permetterà di valutare quantitativamente e qualitativamente le LDs, in termini di numero, dimensione, distribuzione intracellulare e composizione biochimica. Inoltre, eventuali trasferimenti di molecole lipidiche tra cellule saranno studiati mediante sistemi di co-coltura, in cui una popolazione cellulare sarà marcata con sonde deuterate, mentre l’altra ne sarà priva.