Memoria cellulare: come le cellule si muovono abilmente nell'organismo
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Durante la guarigione delle ferite, la difesa dalle infezioni o la diffusione del cancro, le cellule migrano attraverso il corpo. Nel farlo, spesso devono infilarsi in spazi ristretti. I ricercatori hanno ora scoperto che le cellule hanno una sorta di memoria. Ricordano come sono passate attraverso questi spazi stretti in passato e possono quindi muoversi rapidamente e abilmente attraverso tessuti strutturalmente ricchi.
Il nostro corpo è composto da un gran numero di cellule. La maggior parte di esse, come le cellule della pelle, rimane al suo posto per tutta la vita. Ma ci sono delle eccezioni: le cellule embrionali, le cellule di difesa o quelle coinvolte nella guarigione delle ferite si muovono nel corpo. Anche le cellule tumorali sono in grado di farlo. Lasciano il luogo di origine e formano metastasi in altre regioni. Per spostarsi da un luogo all'altro, le cellule devono passare attraverso strette fessure nel tessuto, spesso più piccole di loro. Ciò richiede una deformazione che costa energia e tempo.
Il Prof. Dr. David Brückner del Biozentrum dell'Università di Basilea, insieme ai ricercatori guidati dal Prof. Dr. Sylvain Gabriele dell'Università di Mons in Belgio, ha scoperto che queste cellule in migrazione hanno una sorta di memoria meccanica. Le cellule memorizzano la forma che hanno assunto passando attraverso una costrizione. Ciò significa che non devono adattare la loro forma ogni volta e possono muoversi più rapidamente ed efficacemente attraverso strutture tissutali strette.
Nel loro studio pubblicato su "Nature Physics", i ricercatori forniscono una visione del meccanismo biofisico alla base di questo comportamento. In qualità di fisico teorico, Brückner ha fornito il modello matematico che descrive la dinamica delle cellule in migrazione.
Le cellule cambiano forma
I ricercatori hanno osservato il comportamento di singole cellule in microstrutture appositamente costruite su un chip di plastica: Due minuscole cavità quadrate collegate a un canale sottilissimo che riproduce gli spazi stretti del tessuto. "Le cellule stesse si muovono in queste strutture con l'aiuto di sporgenze, cioè di braccia microscopiche", spiega Brückner. "Le cellule tumorali sono particolarmente mobili, si spostano continuamente da una parte all'altra". Le cellule alternano due forme diverse: una forma piatta e allungata e una forma sferica compatta.
Quando la cellula entra nel tunnel, le piccole braccia si muovono a volte in una direzione e a volte nell'altra. Inizialmente, la cellula prova a muoversi in entrambe le direzioni e si allunga. Più a lungo rimane nel canale stretto, più è probabile che passi alla forma compatta. "Lì ha un solo braccio direzionale, che si tira dietro il resto della cellula come un sacco", spiega Yohalie Kalukula dell'Università di Mons, primo autore dello studio. "La cellula usa quindi la sua forza per muoversi in una direzione specifica".
Le cellule mantengono la loro forma compatta anche dopo la costrizione
Sorprendentemente, la maggior parte delle cellule che sono state costrette per lungo tempo mantengono la loro forma compatta anche dopo aver lasciato il tunnel. Ciò significa che sono già pronte per il prossimo ostacolo: "La cellula apparentemente si rende conto di aver già superato una costrizione e probabilmente ne ha altre davanti a sé. Ecco perché rimane compatta", spiega Kalukula. "In una piccola percentuale di casi, tuttavia, torna alla sua forma allungata. Probabilmente non è vantaggioso per il tessuto essere sempre compatto e muoversi in una sola direzione, perché poi si arriva spesso a un punto morto e ci si blocca".
La memoria di forma si basa sul rimodellamento delle impalcature cellulari
Come hanno ulteriormente scoperto i ricercatori, la memoria meccanica si basa su cambiamenti nel citoscheletro, più precisamente nella cosiddetta impalcatura di actina. Questa determina la forma della cellula e le conferisce stabilità. La cellula rafforza la sua impalcatura di actina quando trascorre lunghi periodi di tempo in spazi ristretti. Diventa più spessa e stabile e le permette di mantenere la sua forma compatta, anche se ha già lasciato lo spazio ristretto. "Tuttavia, il rimodellamento dell'impalcatura di actina richiede un certo tempo e crea questo effetto memoria", spiega Brückner.
I risultati del gruppo indicano che le cellule possono navigare meglio in ambienti complessi se adattano la loro forma alle rispettive condizioni. Ciò potrebbe essere utile per la guarigione delle ferite o per combattere le infezioni. Tuttavia, questa capacità ha anche un lato negativo: potrebbe aiutare le cellule tumorali a diffondersi più rapidamente nell'organismo.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
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