Fare i giusti movimenti Understand article

Tradotto da Valeria Soro. I movimenti cellulari sono importanti per la salute e le malattie, ma la loro velocità è il punto cruciale per la Gara Mondiale Cellulare del 2013 organizzata da Daniel Irimia.

Potrebbe non essere lo spettatore più emozionante nello sport, ma Cell World Race è l’equivalente delle Olimpiadi per i biologi. La gara di quest’anno è stata vinta da una linea di cellule del cancro al seno che ha raggiunto una velocità massima di 50 μm.h^-1. Può sembrare frivolo, ma capire la motilità cellulare, o la capacità delle cellule di muoversi, è importante sia per la salute che per la malattia. La motilità cellulare è un fattore nel cancro, nella risposta immunitaria, nella guarigione delle ferite e lo sviluppo dell’embrione, così come in altre funzioni biologiche. Tuttavia, gli scienziati ancora non capiscono completamente il processo e non ci sono farmaci che possono specificatamente accelerare o rallentare il movimento delle cellule.

Le cellule hanno bisogno di muoversi per vari motivi – per trovare cibo, intercettare pericoli, sfuggire a un ambiente non idoneo o colonizzarne uno nuovo. Alcune cellule, compresi gli spermatozoi e molti batteri, possono nuotare rapidamente con coda-tipo flagelli.

Altre cellule, come quelle incluse nella gara cellulare, si muovono in un modo molto meno drammatico con la creazione di protrusioni di membrana (chiamati pseudopodi), un pò come dita che si estendono, che si attaccano ad una superficie e poi tirano il resto della cellula dietro di loro (vedi figura 1). Una cellula che compie questo tipo di movimento può coprire in genere 1-2 volte la sua lunghezza per ora. Per mettere questo in un contesto, una lumaca si muove a circa 20 lunghezze del suo corpo per ora; nel suo sprint record ai Giochi Olimpici del 2012, Usain Bolt correva l’equivalente di 18 000 lunghezze all’ora.

Questo movimento potrebbe non essere veloce, ma è estremamente importante. Ad esempio, durante lo sviluppo embrionale, i movimenti delle cellule orchestrati precisamente permettono la formazione degli strati distinti di tessuto che infine crescono negli organi maturi, sistemi e parti del corpo. Una non corretta migrazione cellulare durante lo sviluppo dell’embrione può portare a una serie di disabilità e di difetti alla nascita, tra cui la spina bifida. In altre parti del corpo, le ferite guariscono come le cellule staminali specializzate raggiungono il sito di lesione per rigenerare i vasi sanguigni, tenere i tessuti insieme e costruire una nuova pelle.

La Corsa Mondiale delle Cellule 2013

La ‘pista’ è un intricato dedalo di canali di soli 10 micron, disposti su un piatto appositamente realizzato. Creato utilizzando una tecnica di micro-fabbricazione chiamata litografia morbida, le pareti del labirinto sono realizzate in silicone, un materiale inerte che può essere modellato con forme precise e complesse.

Laboratori di tutto il mondo sono stati invitati a inviare un campione delle loro cellule più veloci per l’iscrizione alla gara. Le cellule sono state colorate con un colorante blu non tossico per renderle più facili da vedere e collocarle ad una estremità del labirinto.

La maggior parte delle cellule si muovono solo in risposta a stimoli specifici – per esempio, verso le sostanze nutritive – ma tutti i concorrenti in questa gara erano le cellule tumorali, che rendono i movimenti auto-diretti nei canali del labirinto e di solito si muovono più velocemente rispetto alle cellule non tumorali.

Le piastre sono state fotografate ogni 15 minuti per 24 ore e il vincitore è stata la cultura con il maggior numero di cellule che hanno raggiunto il fondo della pista lunga 600 micron. Potete vedere alcune delle cellule in azione sul sito internet^w1del World Cell Race 2013 website. Nelle scene che ricordano il classico racconto ‘La Tartaruga e la Lepre’, la coltura vincente, una linea di cellule di cancro al seno chiamata MDA MB 231 S1, non è stata la più veloce, ma ha corso stabilmente per tutta la gara. Una linea cellulare di sarcoma (tumore del tessuto connettivo), MFH 137, era lento per andare avanti ed è stato alla fine il più veloce, ma poche cellule hanno tagliato il traguardo, relegandolo al secondo posto.

Il World Cell Race è adesso al suo terzo anno. Nella sfida più recente, gli organizzatori facevano correre cellule attraverso labirinti con angoli e vicoli ciechi per testare la ‘intelligenza’ delle cellule e la loro velocità. Si tratta di una rappresentazione più accurata di ciò che accade in vivo, dove le cellule migranti devono passare attraverso spazi intercellulari e orientarsi in tre dimensioni.

In malattia e in salute

Non è una sorpresa che una cellula di cancro al seno abbia trionfato in questa gara. Le cellule tumorali sono tra le cellule di mammifero più veloci. Il cancro ha la tendenza a diffondere dal sito tumorale iniziale e iniziare a crescere in altre parti del corpo in un processo chiamato metastasi. Mentre altre cellule mobili si muovono verso o lontano da stimoli (come i nutrienti o la luce), le cellule tumorali fanno movimenti auto-guidati per sfuggire piccoli spazi e non sembrano sapere quando fermarsi. Potrebbe richiedere un minimo di un mese per una cellula tumorale per spostarsi di 10 cm da un tumore primario al seno fino ad alloggiare in un linfonodo nelle vicinanze. Il cancro che si è diffuso è molto più difficile da trattare e spesso si rivela fatale, così capire e trovare infine modi per fermare il movimento delle cellule tumorali potrebbe salvare delle vite.

Ci possono essere altre situazioni in cui incoraggiare le cellule a muoversi più velocemente sarebbe utile. I globuli bianchi sono una parte fondamentale della nostra risposta immunitaria. Si muovono rapidamente ai siti di infezione per inghiottire e distruggere i microbi, scegliendo attivamente il percorso più breve per raggiungere il loro obiettivo. I pazienti con gravi ustioni sono più inclini alle infezioni, a quanto pare perché i loro globuli bianchi perdono la loro bussola interna e non sono in grado di orientarsi, rallentando il loro progresso verso l’agente patogeno. Pertanto, i farmaci che potrebbe aumentare la velocità o migliorare l’efficienza dei globuli bianchi potrebbero essere molto utile sia per prevenire che curare le infezioni.

Tuttavia, aumentare la risposta dei globuli bianchi non è sempre desiderabile. Nelle malattie infiammatorie croniche, come l’artrite reumatoide e l’asma, I globuli bianchi interpretano male i segnali chimici e migrano nel tessuto sano, causando dolore, infiammazione e danni. In questi casi, sarebbe auspicabile trovare un modo per eliminare questa migrazione cellulare.

Ci sono ancora molte lacune nella nostra comprensione di come e perché le cellule si muovono. Daniel ei suoi compagni organizzatori sperano che World Cell Race possa aumentare la consapevolezza dell’importanza della motilità cellulare e incoraggiare una maggiore cooperazione tra biologi e ingegneri. Sperano anche che i loro metodi possano portare a modalità standardizzate di misurazione della motilità cellulare, rendendo più facile studiare l’impatto dei farmaci o altri mezzi di controllo di questo movimento.

Dopo ogni gara, i concorrenti valutano le loro prestazioni e cominciano a pianificare per la prossima sfida. Gli organizzatori hanno già fissato la data per il prossimo World Cell Race: 14 November 2014. Nella prossima gara, i globuli bianchi potranno inoltre correre al fianco delle cellule tumorali in un’epica battaglia del bene contro il male. La veloce muffa melmosaDictyostelium discoideum ha anche vinto la propria gara il 21 marzo 2014. Puoi iscriverti per aggiornamenti sul sito internetdel World Cell Race^w1.

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