Gli scienziati hanno scoperto un “codice degli zuccheri” nascosto sulla superficie delle cellule umane che potrebbe rivoluzionare il modo in cui vengono diagnosticate le malattie. Utilizzando una tecnica di imaging avanzata chiamata Glycan Atlasing, i ricercatori del Max Planck Institute hanno mappato le minuscole strutture di zucchero che rivestono le cellule e hanno scoperto che questi schemi cambiano a seconda dell’attività cellulare. Le cellule immunitarie modificano la disposizione degli zuccheri quando vengono attivate e i tessuti cancerosi mostrano caratteristiche superficiali distinte rispetto ai tessuti sani.
Ogni cellula umana è ricoperta da un sottile strato di zuccheri chiamato glicocalice. Questo rivestimento esterno aiuta le cellule a interagire con l’ambiente circostante e può anche fornire importanti indizi su ciò che accade all’interno della cellula stessa. I ricercatori del Max Planck Institute for the Science of Light (MPL) hanno ora creato mappe dettagliate di queste strutture di zuccheri utilizzando una microscopia avanzata ad alta risoluzione. I loro risultati, pubblicati su Nature Nanotechnology , suggeriscono che le modifiche nella disposizione di questi zuccheri potrebbero un giorno aiutare i medici a diagnosticare malattie come il cancro.
Il glicocalice avvolge tutte le cellule umane come un guscio protettivo esterno. Anziché rimanere fisse, queste complesse molecole di zucchero si spostano e si riorganizzano costantemente. Gli scienziati del gruppo di ricerca “Glicoscienze fisiche”, guidato dal Prof. Leonhard Möckl presso l’MPL, studiano il comportamento di questo rivestimento zuccherino e ciò che esso rivela sulla biologia cellulare.
Per studiare queste strutture, il team ha sviluppato una tecnica chiamata “Glycan Atlasing”. Utilizzando una microscopia ad altissima risoluzione, hanno mappato il glicocalice a livello di singole molecole di zucchero in molti tipi diversi di cellule. Il loro lavoro ha incluso linee cellulari in coltura, cellule del sangue umano primarie e campioni di tessuto.
Le mappe risultanti hanno mostrato che il glicocalice modifica la sua disposizione molecolare a seconda delle condizioni della cellula. Ad esempio, le cellule immunitarie hanno mostrato diversi modelli di zuccheri dopo essere state stimolate, in modo simile a quanto accade durante una risposta immunitaria. Secondo i ricercatori, ciò fornisce la prima prova diretta che il glicocalice funziona quasi come uno schermo, mostrando informazioni sullo stato interno di una cellula sulla sua superficie esterna.
L’analisi dei livelli di zucchero nel sangue potrebbe aiutare a individuare il cancro.
Il team ha scoperto che questi modelli di zucchero su scala nanometrica potevano distinguere in modo affidabile tra diversi stati cellulari. Le loro misurazioni hanno permesso di identificare le diverse fasi di sviluppo del cancro, di distinguere tra cellule immunitarie attivate e inattive e di differenziare le regioni cancerose da quelle sane nel tessuto mammario umano.
I risultati suggeriscono che la superficie cellulare contiene informazioni biologiche strutturate che possono essere lette utilizzando un approccio standardizzato. “I risultati forniscono una base promettente per lo sviluppo di futuri metodi diagnostici, poiché Glycan Atlasing fornisce risultati affidabili anche in campioni complessi”, spiega Möckl, responsabile dello studio e autore corrispondente.
Applicazioni mediche future
I ricercatori ora intendono ampliare il metodo analizzando ulteriori strutture bersaglio e automatizzando una parte maggiore del processo. Sperano inoltre di studiare un numero molto più elevato di campioni, in modo che la tecnica possa essere eventualmente adattata all’uso medico di routine.
“In studi su larga scala, vogliamo indagare quali modelli di superficie siano associati a specifici decorsi patologici o risposte terapeutiche e come gli stati cellulari possano essere rilevati precocemente e oggettivamente attraverso la superficie”, spiega Möckl, delineando i piani futuri del suo team.
Astratto
Il glicocalice è uno strato complesso di molecole glicosilate che circonda tutte le cellule del corpo umano. È coinvolto nella regolazione di processi cellulari cruciali, tra cui la modulazione della risposta immunitaria, l’adesione cellulare e le interazioni ospite-patogeno. Nonostante queste conoscenze, la relazione funzionale tra l’architettura del glicocalice e lo stato cellulare è rimasta elusiva, principalmente a causa della diversità strutturale dei suoi costituenti e della loro organizzazione su scala nanometrica. In questo studio dimostriamo che la marcatura con lectine marcate con DNA e l’ingegneria degli oligosaccaridi metabolici consentono la microscopia a super-risoluzione multiplex dei costituenti del glicocalice, producendo un atlante dell’architettura del glicocalice con risoluzione nanometrica. L’analisi quantitativa della mappa su scala nanometrica dei costituenti del glicocalice ottenuta facilita l’estrazione di relazioni spaziali caratteristiche che descrivono accuratamente lo stato cellulare. Dimostriamo la capacità del nostro approccio, che definiamo “atlante dei glicani”, in diversi tipi di cellule e tessuti, dalle linee cellulari in coltura alle cellule immunitarie primarie, ai neuroni e ai tessuti primari dei pazienti. La creazione di atlanti dei glicani rappresenta una strategia innovativa per lo studio del rimodellamento del glicocalice durante lo sviluppo e nelle patologie, aprendo potenzialmente la strada allo sviluppo di bersagli terapeutici mirati al glicocalice.
Dijo Moonnukandathil Joseph, Nazlican Yurekli, Sarah Fritsche, Reem Hashem, Oana-Maria Thoma, Imen Larafa, Tina Boric, Chloé Bielawski, Karim Almahayni, Kristian Franze, Maximilian J. Waldner, Leonhard Möckl. Glycan atlassing enables functional tracing of cell state. Nature Nanotechnology, 2026; DOI: 10.1038/s41565-026-02151-y
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