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Rockefeller University. Dalla pelle alle ossa ai neuroni: così nasce l'essere umano
Scoperti i circuiti molecolari "organizzatori"
che determinano il destino di una cellula


Immagine artistica dell'embrione "organizzatore" (foto Rockefeller University)

24.05.18 - I fattori che modellano il destino di una cellula, come quello di una persona completamente formata, rimangono qualcosa di misterioso. Perché, per esempio, una cellula staminale in un embrione umano diventa un neurone piuttosto che una cellula muscolare? E perché un'altra decide di costruire la cartilagine piuttosto che il tessuto cardiaco?
Gli scienziati sanno già che le cellule staminali embrionali possono differenziarsi in qualsiasi tipo di cellula specializzata del corpo: ossa e cervello, polmone e fegato. Sanno anche che gruppi speciali di cellule trovate negli anfibi e negli embrioni di pesce svolgono un ruolo esecutivo nel dare forma alle prime strutture di sviluppo.

Questi gruppi, chiamati "organizzatori", emettono segnali molecolari che dirigono altre cellule a crescere e svilupparsi in modi specifici. Quando un "organizzatore" viene trapiantato da un embrione all'altro, spinge il suo nuovo ospite a produrre una colonna vertebrale secondaria e un sistema nervoso centrale, completo di midollo spinale e cervello.

A causa delle linee guida etiche che limitano la sperimentazione sugli embrioni umani, tuttavia, gli scienziati non sapevano se un simile "organizzatore" esistesse anche negli esseri umani.

Adesso però una nuova ricerca condotta da un team di scienziati della Rockefeller University di New York sotto la direzione di Ali H. Brivanlou ed Eric D. Siggia ha scoperto i circuiti molecolari, gli "organizzatori" che determinano il destino di una cellula umana. Il loro lavoro, pubblicato sulla rivista Nature, stabilisce una nuova piattaforma per studiare le prime fasi dello sviluppo umano e potrebbe portare a nuovi trattamenti per una vasta gamma di malattie.

Brivanlou e il suo team hanno eseguito una serie di esperimenti su embrioni umani artificiali: piccoli gruppi di cellule, all'incirca un millimetro, cresciuti nel laboratorio da cellule staminali embrionali umane. Sebbene siano ben lontani dalle loro controparti naturali, questi simulacri artificiali contengono tuttavia molte delle cellule e dei tessuti presenti negli embrioni umani, quelli veri, e quindi possono essere usati come sostegni sperimentali.

Per convalidare i risultati iniziali, i ricercatori hanno innestato embrioni umani artificiali su veri embrioni di pollo, ma non prima di aver etichettato le cellule umane artificiali con un marcatore fluorescente che permettesse loro di localizzare con precisione le cellule stesse al microscopio.

Non appena furono introdotte nei loro ospiti aviari, le cellule umane artificiali hanno iniziato a gettare le basi per una colonna vertebrale secondaria e un sistema nervoso, un atto che annunciava chiaramente la presenza di un vero "organizzatore" umano. Lasciando così stupefatti gli scienziati. Anzi. Sono stati ancor più colpiti dalla provenienza di quelle strutture. Infatti, mentre i progenitori della cartilagine e del tessuto osseo che alla fine comprendevano una seconda colonna spinale erano composti interamente da cellule umane artificiali, gli inizi del tessuto nervoso che alla fine formavano il suo midollo spinale e il cervello che li accompagnava erano composti esclusivamente da cellule di pollo.

A questo punto, secondo gli scienziati, il fatto che le cellule umane artificiali siano in grado di costruire nuove strutture nell'embrione di un uccello - un animale più strettamente correlato ai dinosauri rispetto a noi - dimostra che la capacità delle cellule animali di scegliere un particolare destino è stata conservata per centinaia di milioni di anni di evoluzione.

Non è tutto. Il fatto che quelle stesse cellule umane artificiali siano state in grado di istruire le cellule dei pulcini a diventare tessuto nervoso indica che, anche le molecole coinvolte nella comunicazione cellulare - i segnali effettivi che le cellule si inviano reciprocamente per influenzare il loro destino - sono state conservate per così lungo tempo.

Per gli scienziati autori della ricerca "una volta trapiantato l' "organizzatore" umano in un embrione di pollo, il linguaggio che usa per istruire le cellule degli uccelli per stabilire il cervello e il sistema nervoso è esattamente lo stesso di quello usato dagli anfibi e dai pesci".

Il metodo di innesto a base di pulcino inventato da Brivanlou e dal suo team rappresenta un nuovo potente strumento per studiare le prime fasi dello sviluppo negli esseri umani; uno strumento che stanno già utilizzando in altri studi e che fornisce una nuova finestra aperta sulla normale differenziazione cellulare e sulla formazione dei tessuti. Un approccio dovrebbe aiutare gli scienziati a capire quando e come le cose possono andare male durante i primi momenti della vita. Questo, a sua volta, potrebbe portare a nuovi modi di prevenire aborti e difetti alla nascita, nonché nuovi trattamenti per malattie che vanno dal cancro al diabete.

Capire come le cellule staminali indifferenziate diventino un particolare tipo di tessuto è essenziale per la medicina rigenerativa, che si basa sulle cellule staminali per guarire e ringiovanire i tessuti in fallimento, o addirittura sostituirli. (red)

vedi
https://www.rockefeller.edu/news/22660-first-look-earliest-decisions-shape-human-embryo/
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0150-y#Abs1
 


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