La senescenza cellulare è una risposta multifaccettata che può derivare da molti tipi di stress, tra cui danni al DNA, attrito dei telomeri e attivazione degli oncogeni. Porta a un arresto stabile del ciclo cellulare insieme a un aumento della resistenza all'apoptosi, in parte dovuto all'induzione di proteine anti-apoptotiche 1,2. La senescenza è stata collegata a un miglioramento della sopravvivenza cellulare in contesti in cui la conservazione dell'integrità tissutale è essenziale, come la riparazione e la manutenzione 3,4. Oltre al suo ruolo nell'omeostasi tissutale, la senescenza contribuisce anche allo sviluppo normale modellando il patternembrionale 5,6 e come barriera alla formazione tumorale promuovendo la eliminazione di cellule danneggiate o potenzialmentemaligne 7,8,9. Sebbene la senescenza possa avere funzioni benefiche, numerosi studi hanno evidenziato un aspetto contrastante in cui le cellule senescenti acquisiscono un profilo secretorio pro-infiammatorio che può disturbare il metabolismo locale, danneggiare i tessuti circostanti e persino sostenere la progressionetumorale 10,11,12,13.
La senescenza è stata rilevata in diversi tipi cellulari in molteplici tessuti ed è spesso associata all'invecchiamento, alle malattie, alla disfunzione tissutale o al cancro. Nel fegato, la senescenza delle cellule stellate epatiche ha dimostrato di promuovere la progressione tumorale alterando l'omeostasi metabolica tramite fattorisecreti 14,15. Studi che esaminano epatociti16 o biopsie epaticheintere 17 indicano che la senescenza in queste cellule può contribuire a comorbidità metaboliche come la steatopatia epatica associata a disfunzione metabolica e la steatoepatite associata a disfunzione. Inoltre, la relazione tra diabete di tipo 2 e senescenza ha ricevuto notevole attenzione nell'ultimo decennio, con evidenze che collegano la senescenza a complicazioni legate al diabete nelle cellule β pancreatiche, negli epatociti16 e negliadipociti 18,19,20,21. Questi risultati evidenziano l'importanza di identificare con precisione le cellule senescenti nei tessuti metabolici, dove la loro accumulazione ed eterogeneità contribuiscono alla progressione della malattia e al targetingterapeutico 22.
I cambiamenti di segnalazione e espressione proteica associati alla senescenza sono spesso specifici per cellule e tessuti; tuttavia, diverse caratteristiche sono generalmente caratteristiche delle cellule senescenti. Uno dei marcatori più diffusi è l'aumento dell'attività enzimatica della β-galactosidasi al pH 6,0, nota come β-galactosidasi associata alla senescenza (SA-β-gal)23. β-galactosidasi è un'idrolasi lisosomale presente in tutte le cellule ed è normalmente attiva a pH acido (~4,5–5,0), dove contribuisce alla degradazione dei substrati glicosilati. La caratteristica distintiva della SA-β-gal è la ritenzione dell'attività della β-galactosidasi in condizioni di pH subottimali. Nel saggio classico, le cellule vengono incubate con il substrato sintetico 5-bromo-4-cloro-3-indolil-β-D-galactopiranoside (X-gal) al pH 6,0, dove l'attività enzimatica è ridotta nella maggior parte delle cellule ma rimane rilevabile nelle cellule senescenti. Questo porta alla formazione di un precipitato blu insolubile che può essere visualizzatomicroscopicamente 24.
Sebbene questo saggio sia stato ampiamente adottato, la rilevazione del precipitato X-gal si è tradizionalmente basata sulla microscopia da campo chiaro. Il rilevamento in campo chiaro si basa sull'identificazione visiva del precipitato blu e quindi ha una sensibilità limitata ai segnali a basso livello e agli stati di senescenza precoce. Al contrario, l'imaging con luce riflessa cattura la densità ottica del precipitato X-gal, consentendo una rilevazione quantitativa su un ampio intervallo dinamico. Più recentemente, sono stati sviluppati substrati fluorogenici per migliorare la sensibilità25. Tuttavia, questi approcci tipicamente misurano l'attività della β-galactosidasi in condizioni che non preservano la definizione classica dipendente dal pH di SA-β-gal. Di conseguenza, possono aumentare l'intensità del segnale ma ridurre la specificità per la senescenza. Al contrario, l'opacità intrinseca del precipitato X-gal ne consente la rilevazione tramite immagini confocali riflesse a luce riflessa, fornendo una lettura più sensibile e quantitativa mantenendo la definizione enzimatica originale di SA-β-gal26.
Nel corso degli anni sono stati identificati ulteriori segni distintivi della senescenza, tra cui l'aumento dell'espressione degli inibitori chinasi dipendenti da ciclina P16 e P21, così come il fattore di trascrizione P53, che regola l'arresto del ciclo cellulare e altri programmidi senescenza 27,28,29,30,31,32,33 . Questi progressi hanno portato a una definizione più solida di senescenza, in cui le cellule vengono tipicamente classificate in base alla presenza combinata di più marcatori. In pratica, tuttavia, questi marcatori vengono spesso misurati utilizzando modalità diverse: i marcatori nucleari, come P16 e P21, vengono tipicamente rilevati con tecniche basate sulla fluorescenza, mentre l'attività SA-β-gal è tradizionalmente stata valutata tramite microscopia a campo chiaro. Questa separazione ha limitato la capacità di valutare molteplici caratteristiche di senescenza all'interno della stessa cellula. L'imaging con luce riflessa supera questa limitazione consentendo l'integrazione diretta della rilevazione SA-β-gal con marcatori basati su fluorescenza all'interno di un unico flusso di lavoro di imaging, facilitando una valutazione più robusta e biologicamente significativa della senescenza in popolazioni cellulari eterogenee.
Sebbene Dedic e colleghi affrontino diverse limitazioni dell'imaging tradizionale SA-β-gal, tra cui il miglioramento della sensibilità, l'uso di controlli a pH abbinati per la soglia oggettiva e la compatibilità con l'immunocitochimica, il loro metodo confocale a luce riflessa è stato ottimizzato specificamente per adipociti maturiisolati 26. Tuttavia, la senescenza nel tessuto adiposo non è limitata agli adipociti 34,35, e ulteriori informazioni possono essere acquisite esaminando la frazione stromaica vascolare (SVF). La SVF comprende preadipociti, popolazioni endoteliali e fibroblastiche, e diverse cellule immunitarie, tutte le quali possono subire senescenza e contribuire al rimodellamento adiposo, all'infiammazione e alla segnalazione metabolica alterata. Caratterizzare la senescenza all'interno di questo compartimento eterogeneo è quindi importante per collegare processi specifici di tipo cellulare a risultati a livello tissutale e sistemici.
Qui, estendiamo la rilevazione della luce riflessa SA-β-gal alle cellule SVF, permettendone l'applicazione su più tipi di cellule del tessuto adiposo. Combinando questo approccio con l'immunocitochimica, il metodo consente un'analisi integrata a singola cellula dell'attività SA-β-gal insieme a lineage e marcatori funzionali nei campioni umani primari.