Tumori seguono leggi delle metastasi: cellule come 'folla in metro' nel corpo

02 febbraio 2017 ore 10:28, intelligo
di Stefano Ursi

Le #metastasi seguono le stesse dinamiche di una folla in movimento all'interno di spazi angusti e la loro capacità di propagazione dipende dalla fluidità del movimento stesso. La straordinaria scoperta si deve ad uno studio dell'#UniversitàdiMilano e #IFOM, pubblicata su Nature Materials, che, ''integrando biologia molecolare e fisica dei materiali, dimostra come la capacità o meno delle cellule di migrare collettivamente, e quindi delle cellule tumorali di generare metastasi, dipenda strettamente dai fattori di densità e di fluidità''. Una scoperta di grande importanza, perché va ad indagare con successo il comportamento delle metastasi, principale causa di morte da tumore. Lo studio, guidato da Giorgio Scita, docente di Patologia generale all'Università Statale e responsabile dell'Unità di ricerca "Meccanismi di migrazione delle cellule tumorali" presso IFOM, e da Roberto Cerbino, professore di Fisica applicata sempre presso l'Ateneo di via Festa del Perdono - si basa su un approccio di ricerca integrato tra biologia e fisica dei materiali. "Nel corso degli ultimi anni - spiega il professor Scita - è emerso come lo sviluppo di un tumore sia caratterizzato, oltre che da alterazioni genetiche, anche da complesse e dinamiche interazioni fisiche che le cellule tumorali stabiliscono tra di loro e con il tessuto circostante. Le forze che tengono unite le singole cellule per muoversi in modo coordinato - come le cellule comunicano tra di loro, come passano dallo stato solido a liquido e viceversa, spiegano - sono aspetti altrettanto importanti ma ancora oscuri, che stiamo cercando di chiarire grazie all'aiuto dei colleghi fisici". Per comprendere le dinamiche comportamentali delle cellule all’interno di un tessuto epiteliale, si legge nella ricerca, il team di Cerbino lo ha trattato come fosse un materiale costituito da particelle inerti. “Ad una bassa densità – spiega Cerbino – le particelle si spostano inizialmente in modo disordinato e caotico, con una mobilità fluida, molto simile a quella delle molecole dell’acqua. Aumentando la densità il grado di libertà di ciascuna particella è limitata e il sistema va incontro ad una transizione che in fisica è proprio di un liquido che diventa vetroso e solido a seguito di un raffreddamento repentino.”

Tumori seguono leggi delle metastasi: cellule come 'folla in metro' nel corpo
IL MODELLO E LE INDAGINI - Per interpretare il comportamento delle cellule i fisici dei materiali hanno utilizzato un modello bidimensionale in cui le cellule sono trattate come dei poligoni irregolari e in cui la loro interazione viene determinata dalla forma che adottano, a sua volta descritta da parametri semplici come il perimetro e l’area di ognuna. “Nel modello sviluppato – continua Cerbino - abbiamo integrato questa descrizione geometrica, con un meccanismo in grado di riprodurre la capacità che le cellule manifestano in particolari condizioni patologiche di migrare collettivamente, ovvero di orientare in modo coerente e su larga scala la direzione di movimento di ogni singola cellula rispetto alla propria vicina. Si tratta di un meccanismo di feedback del tutto simile a quello che spiega il moto collettivo degli stormi di uccelli o del movimento delle folle in situazioni di emergenza. I nostri risultati suggeriscono che, sorprendentemente, quando una particolare proteina è presente in modo superiore al dovuto, questo meccanismo geometrico agisce in modo molto efficiente favorendo moti cellulari collettivi.” Su questa proteina, RAB5A, che è un regolatore essenziale del processo di endocitosi preposto all’introduzione di sostanze all’interno della cellula, i ricercatori di IFOM, spiegano gli autori, hanno fatto in parallelo delle indagini a livello cellulare per riprodurre l'alterazione tipica dei tumori. I biologi hanno ingegnerizzato cellule di ghiandola mammaria in modo da elevare il livello di questa proteina, che è tipicamente molto espressa nei tumori più aggressivi della mammella. Sorprendentemente, questa semplice manipolazione è stata sufficiente a “risvegliare” la motilità di una popolazione cellulare andata incontro a solidificazione e a permettere l’acquisizione di movimenti collettivi fluidi e scorrevoli. Si tratta dello stesso meccanismo che può verificarsi in una massa tumorale quando origina metastasi. La ricerca, spiegano gli autori, è stata possibile grazie al contributo fondamentale di AIRC, European Research Council e MIUR.
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