Nuova cattedra di fondazione per la nanofisiologia: alla scoperta dell'ordine cellulare

Grazie alla microscopia di ultima generazione ad alta risoluzione, è possibile rendere visibile anche lo scheletro cellulare (verde) della cellula nervosa di una mosca, così come i punti di contatto (rosso) con altre cellule. (Foto: Prof. Jan Pielage)

Professore Sandro Keller, Prorettore del Dipartimento di Biologia

Ciò che accade esattamente a livello nano nelle cellule è ancora un mistero per la ricerca. Come si organizzano le strutture, come le membrane e i complessi enzimatici, all’interno di una cellula? Da dove sa una cellula dove si trova davanti, dietro, sotto e sopra? Come si formano strutture coordinate nello spazio e nel tempo? Risposte a queste domande dovrebbero fornire la cattedra di professore di fondazione per la Nanofisiologia presso il Politecnico di Kaiserslautern (TUK). Nei primi cinque anni sarà finanziata dalla Fondazione Carl Zeiss con un milione di euro. L’obiettivo è comprendere meglio la formazione di modelli nelle cellule a livello molecolare, al fine di individuare anche le cause delle malattie, come le malattie nervose.

Se le macchie sul pelo dei leopardi e delle giraffe o le strisce dei zebre – come si formano tali modelli durante lo sviluppo embrionale – la ricerca ha ormai approfondito bene. “I geni, che vengono letti solo in determinate cellule e solo in un certo momento dello sviluppo, giocano un ruolo importante in questo”, afferma il professor Dr. Sandro Keller, decano associato del dipartimento di Biologia presso il TUK, dove sarà istituita la nuova cattedra.

Processi simili avvengono anche a livello molecolare – in un settore che non è visibile direttamente all’occhio umano. Quanto sia importante che anche qui si sviluppi un ordine, lo dimostra ad esempio il trasferimento di informazioni nei nervi. Una disposizione spaziale e temporale esatta delle sinapsi nelle cellule nervose è fondamentale affinché le informazioni possano essere elaborate correttamente tra di loro.

Anche lo scheletro delle cellule, il citoscheletro, che controlla i processi di movimento e trasporto, è soggetto a una disposizione precisa. In generale, le cellule sono strutture altamente complesse, in cui, ad esempio, i mitocondri, le centrali energetiche delle cellule, o complessi proteici sulle membrane sono disposti in uno schema specifico. “Tuttavia, ciò che accade esattamente a livello molecolare, come le cellule formano questo ordine e lo mantengono funzionante per mesi o anni, adattandolo a condizioni mutevoli, non è ancora completamente compreso”, prosegue Keller.

La cattedra di fondazione, finanziata dalla Fondazione Carl Zeiss, si dedicherà in futuro a tali quesiti. Tra le altre cose, verranno utilizzati microscopi ad altissima risoluzione che permettono di esplorare il nanocosmo. “Con i microscopi ottici tradizionali possiamo osservare solo fino a circa un terzo di un micrometro all’interno delle cellule”, afferma Keller. “Ma questa tecnica non è adatta per il settore nanometrico.”

Qui sono necessarie nuove tecniche di microscopia, che stanno rivoluzionando la ricerca biologica e che, grazie alla nuova cattedra, verranno ora impiegate anche al TUK. Per elaborare la grande quantità di dati e immagini digitalmente, è prevista una stretta collaborazione con i dipartimenti di Matematica e Informatica e con l’Istituto Fraunhofer per la Matematica Tecnologica e Economica ITWM.

I risultati non solo aiuteranno a comprendere i processi cellulari fondamentali, ma anche a individuare le cause molecolari delle malattie, come le malattie nervose o i disturbi dello sviluppo. La nuova cattedra di Nanofisiologia dovrebbe essere istituita nel 2018 e rafforzare ulteriormente il focus di ricerca sulla biologia delle membrane e dei sistemi presso il TUK.

Il professor Dr. Arnd Poetzsch-Heffter, vicepresidente per la ricerca e la tecnologia, è entusiasta della nuova cattedra: “In questo modo possiamo rafforzare il focus di ricerca con un settore di grande importanza e anche sviluppare ulteriormente la collaborazione interdisciplinare tra i dipartimenti del TUK e con l’Istituto Fraunhofer ITWM. Congratulo tutti i coinvolti per questo successo.”

Theresia Bauer, presidente del consiglio di amministrazione della Fondazione Carl Zeiss, spiega la decisione di finanziamento: “Con il finanziamento della cattedra di fondazione, la Fondazione Carl Zeiss permette al Politecnico di Kaiserslautern di ampliare ulteriormente il già forte focus di ricerca sulla biologia delle membrane e dei sistemi. Questo si integra con il nostro già esistente supporto al Centro di Lipidomica e segue il principio della fondazione di orientare il finanziamento sui punti di forza accademici dei richiedenti e sulla loro strategia di sviluppo.”