A Basilea un passo in avanti nella ricerca sulla memoria delle cellule

La memoria. Così affascinante e così difficile da comprendere, studiare o anche solo definire. Quello che sappiamo, però, è che non è una caratteristica solo degli esseri più complessi, come gli animali, ma anche delle singole cellule. Una nuova scoperta dell’Università di Basilea getta nuova luce sul modo in cui le cellule riescono a ricordare come sono passate attraverso cavità molto strette, una scoperta che può aiutare, con nei tempi di cui necessita la scienza, nella comprensione dei meccanismi di base del cancro. 

Il lavoro è stato condotto da David Brückner , un giovane professore di biofisica dell’istituto Biozentrum della città renana, in collaborazione con il gruppo condotto da Prof. Sylvain Gabriele dall’Università di Mons, in Belgio, ed è risultato in una pubblicazione su Nature Physics. Attraverso esperimenti e simulazioni computazionali, gli scienziati sono riusciti a comprendere meglio alcuni fondamentali meccanismi della cosiddetta memoria meccanica, ovvero la capacità di imparare a deformarsi in presenza di, ad esempio, una strettoia e poi ricordarsi la nuova configurazione anche quando c’è più spazio. 

Per capire cosa si intenda con memoria cellulare, bisogna necessariamente richiamare le nozioni di biologia e pensare a come funziona una cellula. È infatti bene tenere a mente che una cellula non è mai isolata dal mondo, ma è sempre in continuo dialogo con l’ambiente circostante. Può sentire stimoli chimici, ad esempio se c’è carenza o abbondanza di nutrimenti, oppure quelli fisici, cioè percepire se poggia su tessuti duri, come le ossa, o più morbidi, come quelli dei polmoni, oppure anche se c’è qualche corpo esterno che sta premendo con forza. Questo naturalmente vale sia per le cellule nel corpo umano che per quelle cresciute in provetta, come quelle dell’esperimento di cui stiamo parlando. Quando arriva uno stimolo, la cellula reagisce e ha molti modi per farlo. Uno di questi, sicuramente il più noto, è quello trovare nel proprio DNA le istruzioni per reagire. Oppure, come nel caso studiato dal Prof. Brückner, modificando la propria struttura interna. La memoria delle cellule, quindi, consiste nella capacità di ricordare la risposta agli stimoli anche una volta che questi sono cessati, per reagire in modo più pronto la volta successiva. 

Alcune cellule del nostro corpo restano sempre nella stessa posizione, ad esempio quelle dei muscoli, mentre altre sono in continuo movimento, come quelle responsabili di guarire le ferite, ma anche quelle del sistema immunitario o, persino, le cellule cancerogene che formeranno nuove metastasi. Non solo, spesso si ritrovano a dover passare da passaggi molto stretti. I due gruppi di ricerca hanno così costruito un modello sintetico di questa situazione, dove cellule cresciute in provetta sono state fatte passare da un piccolo canale tra due ambienti più larghi. Il dispositivo, che in fotografia al microscopio somiglia in tutto e per tutto alla sagoma di un manubrio da palestra, permette così di visualizzare la forma delle cellule prima, durante e dopo il passaggio nel canale. «Le cellule utilizzano delle protrusioni, minuscole estensioni simili a braccia, per muoversi all’interno di queste strutture – spiega David Brückner - le cellule tumorali sono particolarmente mobili e migrano continuamente avanti e indietro lungo il canale». 

I ricercatori hanno trovato che le cellule assumono una forma estesa quando sono nell’ambiente spazioso, mentre ne presentano una compatta all’interno nel canale. La sorpresa, però, sta nel fatto che le cellule sono in grado di mantenere la forma compatta anche dopo aver lasciato il canale e questo permette loro di ritornarvi in modo più rapido ed efficiente. Questa abilità è dovuta ad una modifica che riescono ad apportare al proprio citoscheletro, una struttura interna che regola le proprietà fisiche della cellula. In altre parole, è proprio grazie alla deformazione del citoscheletro che le cellule sono in grado di preservare l’informazione riguardante lo spazio ristretto, agendo in particolare su una proteina chiamata actina. 

Questa ricerca di base non ha alcuna ricaduta diretta sulla medicina, ma apre nuove vie importanti per, ad esempio, lo studio dei tumori. «Durante la metastasi, singole cellule si staccano dai tumori e migrano attraverso ambienti complessi e restrittivi. Una comprensione più approfondita del meccanismo di memoria che abbiamo individuato aiuterà a chiarire come si muovono le cellule tumorali e potrebbe quindi contribuire a sviluppare strategie per bloccare una migrazione efficiente durante la metastasi», chiarisce David Brückner.

Allargando lo sguardo, la memoria cellulare è importante anche in un altro settore molto importante della ricerca biomedica, quello delle cellule staminali. Questo termine indica delle cellule naturalmente presenti all’interno del nostro corpo, ad esempio nel midollo osseo, che devono ancora specializzarsi in uno dei moltissimi tipi di cui siamo composti. «La memoria è un concetto importante nelle decisioni cellulari e svolge un ruolo anche nel modo in cui le cellule staminali prendono decisioni durante lo sviluppo. Ad esempio, le cellule si differenziano in diversi tipi cellulari in risposta a segnali chimici nel tempo. In questo studio, estendiamo tale concetto al movimento delle cellule attraverso ambienti complessi», spiega il ricercatore.