Come le lucertole?

Sarà mai possibile rigenerare parti del corpo come fanno le lucertole con le loro code? 

La domanda ha un ché di fantascientifico, ma gli Scienziatimatti di oggi hanno deciso di dare un calcio all’impossibile e provare a rispondere. 

Il corpo adulto è programmato per limitare i danni, quindi, quando viene tagliato qualcosa, parte la cicatrizzazione per chiudere al più presto la falla e, nel frattempo, il sistema immunitario si attiva scatenando un’infiammazione per essere pronto a respingere eventuali attacchi esterni.

Gli Scienziatimatti si sono detti che ritardando o attenuando queste due risposte e, allo stesso tempo, invogliando le cellule a crescere (proliferare), forse si potrebbe anche far rigenerare un corpo adulto.

Per testare questa stravagante ipotesi, i ricercatori hanno preso degli Xenopus laevis, delle rane, hanno amputato loro una zampa, ed hanno trattato le ferite per sole 24 ore con dei piccoli stimoli elettrici (come gli stimolatori per i muscoli che usiamo per “allenarci”) ed un cocktail di farmaci appositamente studiato. Il tutto incluso in un minuscolo marchingegno, un “bioreattore” creato su misura. 

Schema (e foto) del progetto: una delle zampe posteriori della rana viene amputata (mentre la rana dorme, chiaramente!). 2 ore dopo, il bioreattore viene attaccato al moncherino. Nel bioreattore, attraverso cui passano microstimoli elettrici, ci sono anche dei farmaci per bloccare la cicatrizzazione e la fibrosi e, allo stesso tempo, per favorire la crescita (proliferazione) delle cellule. 24 ore dopo, il bioreattore viene rimosso e le rane vengono osservate per 18 mesi (Immagine riadattata da Murugan et al. 2022).

Nelle rane che non ricevevano nessun trattamento la ferita si richiudeva in pochi giorni e ricresceva un moncherino. Invece, usando il bioreattore nelle 24 ore successive all’amputazione, le ferite restavano aperte più a lungo e poi… piano piano, cominciava a ricrescere un abbozzo di zampa! In 18 mesi, la zampa era ricresciuta quasi completamente!

Dopo l’amputazione (linee tratteggiate rosse), le rane sono state tenute sotto osservazione per vari mesi. Nelle rane che non avevano ricevuto nessun trattamento (controllo, riga in alto), ricresceva solo un soprosso. Già solamente la stimolazione elettrica faceva sì che il soprosso si sviluppasse un po’ meglio (riga di mezzo). Le rane che invece ricevevano il trattamento completo (stimoli elettrici e farmaci) rigeneravano una zampa con tanto di dita palmate! Per di più, solo in questo ultimo gruppo, la zampa era sensibile al tatto! (Immagine riadattata da Murugan et al.>

Nonostante restasse leggermente più piccola rispetto all’originale, questa nuova zampa era sorretta da un osso normale, aveva i nervi per garantire la sensibilità, e terminava con dita palmate. E le rane riuscivano ad usarla per muoversi e nuotare normalmente!

Vari aspetti delle zampe ricresciute sono stati analizzati: presenza di vasi sanguigni (usando i marcatori verdi e rossi Laminin e SMA), presenza di nervi (usando il marcatore rosso AAT), e lunghezza dell’osso (ricostruzioni 3D di radiografie).
Le rane non trattate (ND) e le rane che erano state trattate solo con gli stimoli elettrici (BD) in pratica non avevano né nuovi vasi sanguigni né nervi. Nelle rane trattate col mix di stimoli elettrici e farmaci (MDT) invece, le nuove zampe erano vascolarizzate (ricche di vasi sanguigni), innervate (infatti erano sensibili al tatto!), ed erano sorrette da un osso più lungo. Le linee rosse nelle ricostruzioni 3D dell’osso corrispondono al punto di amputazione. È chiaro che la zampa è ricresciuta molto di più nelle rane che hanno ricevuto il trattamento full optional (MDT). (Immagine riadattata da Murugan et al. 2022).

Far ricrescere un intero arto solo con interventi esterni sarebbe stato praticamente impossibile. L’idea degli Scienziatimatti è stata quindi quella di riattivare i meccanismi di crescita ancora presenti nelle cellule adulte in modo da lasciar fare tutto il lavoro alle cellule stesse. Ecco come mai un trattamento di sole 24 ore ha prodotto risultati così sfacciatamente sensazionali!

Se anche il risultato è strabiliante, quando si parla di proliferazione di cellule nell’adulto c’è sempre un pericolo in agguato: cellule che non dovrebbero crescere e che di colpo cominciano invece a farlo sono in genere tumori.

Per poter provare un giorno la stessa cosa su una persona è dunque fondamentale capire cosa di preciso sia successo alle cellule nel bioreattore. 

Gli Scienziatimatti hanno usato una tecnica chiamata RNA-seq per vedere quali geni venissero attivati dalla combinazione di elettricità e farmaci. Si sono così accorti che molte cellule nella zona della ferita cominciavano a comportarsi come le cellule embrionali, quelle che non si sono ancora specializzate in una funzione precisa e che possono dare origine a tutti i tipi di tessuti, dai nervi, ai muscoli (le famose cellule staminali).

I ricercatori hanno preso qualche cellula intorno alla ferita a tempi diversi dopo l’amputazione. (A) Usando la tecnica dell’RNA-seq, hanno potuto fare un’istantanea dei geni attivati e di quelli spenti. (B) Con l’aiuto dei bioinformatici è stato poi possibile capire quali attività (pathway) venivano stimolate e quali invece frenate nelle cellule intorno alla ferita. Dato che il tipo di attività ritrovato era simile a quello delle cellule staminali, gli Scienziatimatti hanno provato a vedere a l microscopio (C) se il trattamento col bioreattore faceva aumentare il numero di cellule staminali (cellule SOX2, verdi). Nelle rane non trattate (ND) e nelle rane che erano state trattate solo con gli stimoli elettrici (BD) non c’era praticamente nessuna cellula staminale. Le rane che erano state stimolate con l’elettricità e con il cocktail di farmaci (MDT) invece avevano un sacco di cellule staminali intorno alla ferita! Come possiamo vedere dal grafico a destra, la differenza nel numero di cellule verdi (SOX2+) è statisticamente significativa. Le linee bianche sono lunghe 100 µm. (Immagine riadattata da Murugan et al. 2022).

L’ipotesi è che il bioreattore dei ricercatori ricrei un ambiente simile a quello in cui si trovano gli embrioni. In qualche modo perciò, le cellule ricominciano a comportarsi come se fossero in un embrione e tutte quelle funzioni che nelle cellule adulte sono di norma disattivate vengono riaccese. 

Non è stata scritta che la prima pagina di quella che (speriamo) sarà una lunga storia, ma intanto ringraziamo l’intuito degli Scienziatimatti!


Qui il link alla ricerca originale: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj2164

Per i più curiosi, qui c’è il profilo twitter dello Scienziatomatto che ha guidato la ricerca!

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