Single Cell Genomics

Negli ultimi anni si è assistito a una rapida espansione del campo della genomica a singola cellula, che ha permesso di progredire in molti campi delle scienze biologiche, dalla biologia evolutiva alla biologia delle cellule staminali fino alla ricerca sul cancro

A differenza dell’analisi delle cellule nel loro insieme, gli approcci a singola cellula hanno il vantaggio di valutare l’eterogeneità cellulare che governa aspetti chiave della biologia dei tumori. Infatti, l’idea che ogni cellula di un campione si comporti esattamente allo stesso modo è una considerazione pericolosa; fare un’analisi di cellule raggruppate insieme può mascherare le drammatiche variazioni di espressione genica tra le cellule. Il sequenziamento a singola cellula supera in modo significativo le precedenti tecnologie di sequenziamento perché è in grado di studiare l’eterogeneità cellulare e del microambiente con una risoluzione a singola cellula. Questa innovazione ha rivoluzionato la capacità di interrogare in profondità le caratteristiche trascrizionali, genomiche, epigenomiche e metaboliche di migliaia di singole cellule, consentendo così un’analisi imparziale delle cellule all’interno delle lesioni tumorali. Inoltre, fornisce approfondimenti molecolari, tra cui variazioni di singoli nucleotidi (SNV), variazioni del numero di copie (CNV) e variazioni strutturali (SV). Riconoscere le variazioni cellulari in quelle che sembrano popolazioni omogenee è diventato fondamentale per comprendere le cellule tumorali e studiare l’efficacia delle terapie biologiche.
L’attività di ricerca del Single Cell Genomics Lab si concentra sulla genomica delle singole cellule. L’obiettivo principale del nostro laboratorio è sviluppare e integrare tecniche e strumenti per la caratterizzazione genomica e trascrittomica di singole cellule per la ricerca traslazionale. Nel nostro laboratorio siamo in grado di isolare e caratterizzare molecolarmente singole cellule da tessuti, ma anche cellule tumorali circolanti (CTC) dal sangue.

Strumenti

Parsortix (ANGLE) – Il Parsortix® PC1 Clinical System è una tecnologia di biopsia liquida di nuova generazione. Partendo da un semplice prelievo di sangue, che non è invasivo e può essere ripetuto tutte le volte che è necessario, il sistema arricchisce per ottenere cellule tumorali intatte, cioè per avere le cellule tumorali circolanti (CTC) fornendo un campione in tempo reale per le successive analisi con le comuni tecniche di laboratorio, consentendo di avere un quadro completo del cancro.
DEPArray (Menarini Silicon Byosistem) – DEPArray è una piattaforma automatizzata e versatile per ottenere popolazioni di cellule rare preselezionate da una varietà di tipi di campioni con una precisione a singola cellula e una purezza del 100%. La tecnologia DEPArray si basa sulla capacità di un campo elettrico non uniforme di esercitare forze su particelle neutre e polarizzabili, come le cellule, sospese in un liquido. Questo principio elettrocinetico, chiamato dielettroforesi (DEP), può essere utilizzato per intrappolare le cellule nelle “gabbie” DEP applicando un appropriato schema di tensioni a corrente alternata all’array di elettrodi. Quando una gabbia DEP viene spostata da un cambiamento nel campo elettrico, la cellula intrappolata al suo interno si sposta con essa.
Chromium Controller (10X Genomics) – Il Chromium Controller utilizza una microfluidica avanzata per eseguire la partizione di singole cellule e il barcoding in pochi minuti. Alimentato dalla tecnologia Next GEM, il Chromium Controller consente l’analisi integrata di singole cellule su scala massiva. Inoltre, i prodotti Chromium Single Cell sono in grado di acquisire letture molecolari dell’attività cellulare in più dimensioni, tra cui l’espressione genica, le proteine della superficie cellulare, il clonotipo immunitario, la specificità dell’antigene e l’accessibilità della cromatina. La chiave di questa tecnologia è la capacità di generare decine di migliaia di partizioni di cellule singole, ciascuna contenente un codice a barre identificativo per l’analisi a valle. Questa tecnologia consente di catturare l’intera eterogeneità di un campione, in decine di migliaia di cellule. I prodotti Chromium Single Cell sono stati convalidati su campioni fissi, freschi e congelati, nonché su cellule intere e nuclei.

Inoltre, il Single Cell Genomics Lab si affida alla struttura di Genomica e Trascrittomica per l’utilizzo di tutti gli strumenti NGS (NextSeq2000 e Ion S5) e del Genetic Analyzer 3500.