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Osservazioni di orwelliana memoria indagano su come bloccare la metastatizzazione dei tumori

Scienziati fotoreporter e lo scoop del DNA

In biologia le immagini sono di fondamentale importanza, soprattutto a livello molecolare o cellulare. Poter osservare la forma di una molecola o i processi che intervengono durante la duplicazione cellulare, illumina i meccanismi che governano il funzionamento dei viventi, dei batteri e dei virus.

Grazie ad una futuristica telecamera microscopica oggi possiamo filmare le cellule nel loro ambiente naturale. Ore ed ore di osservazioni sono diventate la principale occupazione di un gruppo di scienziati, che appunto segue le cellule come fossero microscopiche star del cinema per cercare di carpirne i segreti.

Un esempio tra tutti: l’iconica doppia elica del DNA. Poterla visualizzare ha fatto capire che le basi azotate A, C, T e G, le lettere dell’alfabeto genetico, sono complementari, come calamite che però si attraggono solo a coppie specifiche (l’appaiamento delle basi azotate dei due filamenti avviene in accordo con una semplice regola: l’adenina (A) si appaia con la timina (T); la guanina (G) si appaia con la citosina (C)).

La potenza dell’immagine del DNA non si è limitata però a questo. Osservando la doppia elica e conoscendo il meccanismo dell’appaiamento obbligato e l’esistenza del RNA,è stato facile dedurre che se la doppia elica si fosse aperta al centro, poteva essere creato un elemento libero di RNA che avrebbe trasportato l’informazione genetica “al negativo”. L’RNA copiato a reverse dal DNA dei geni è poi processato da macchine molecolari all’interno delle cellule per costruire le proteine, che concretizzano l’azione dei geni.

La sintesi proteica trasferisce quindi l’informazione genetica dal DNA all’RNA e dall’RNA alle proteine, realizzando la vita come la conosciamo.

Keyholes e raggi X

Il mondo microscopico, in definitiva, funziona come quello macroscopico, almeno a scala molecolare. Poter osservare visivamente strutture cellulari o interazioni tra cellule differenti consente di immaginare universi altrimenti inconoscibili. Fino a pochissimo tempo fa l’unico modo di “sbirciare nel buco della serratura” delle cellule era la cristallografia a raggi X.

L’analisi della deviazione dei raggi X diffratti dal reticolo atomico di un cristallo, chiamata cristallografia a raggi X, consente di determinare il materiale di cui è fatta una sostanza e la sua struttura molecolare. Le tecniche di cristallografia, però, sono estremamente lunghe e complesse, in primis perché occorre appunto disporre di cristalli della sostanza su cui investigare, di purezza estrema e in quantitativi significativi.

Anche a queste due condizioni occorre poi essere davvero bravi per ricavare da ombre osservate da differenti angolazioni la vera struttura delle cose. Determinare la struttura dei cristalli prevede l’analisi accurata degli angoli e della intensità dei raggi X deviati dagli atomi del materiale, in pratica è come creare una fotografia di un tavolo da biliardo seguendo la traiettoria delle palle che si muovono.

Da Losanna con furore

Ad aggiungere una nuova tecnica d’indagine nel campo dell’ultra piccolo ci ha pensato però il gruppo guidato da Xiaokang Li e Hatice Altug, attivo al Politecnico di Losanna. Recentemente è stata, infatti, messa a punto un’innovativa telecamera anch’essa di dimensioni ultra piccole, poco più grande delle cellule da investigare, ma capace di ottenere immagini ad alta risoluzione in forma di filmato della durata fino a 12 ore.

Tale estensione temporale rappresenta un intervallo sufficientemente lungo per indagare sui principali fenomeni molecolari biologici. Il vantaggio primario, tuttavia, è che la cellula viene inserita nella microtelecamera assieme al suo ambiente e quindi è perfettamente in grado di replicare la sua attività davanti all’occhio indiscreto degli scienziati. Questa visionaria impresa è stata resa possibile grazie ai continui progressi nella riduzione delle dimensioni dei circuiti di silicio.

Houston abbiamo un problema

Le interazioni tra cellule adiacenti, infatti, sono mediate dal rilascio di molecole o da proteine transmembrana sulla parete cellulare. La proliferazione delle cellule cancerose metastatiche deve necessariamente avvenire attraverso l’immissione nell’ambiente circostante di specifiche proteine o fattori di crescita, adatti ad esempio a farsi spazio tra le cellule dell’epitelio dei capillari sanguigni e linfatici, così da potersi immergere nel torrente ematico e farsi trasportare in distretti lontani.

Una volta giunte in una zona favorevole, la cellula metastatica si lega a cellule particolarmente compatibili con le proteine esposte sulla sua superficie. Poter comprendere il meccanismo di aggancio del virus dell’HIV ha portato alla determinazione di nuove strade per interferire con l’ingresso del virus all’interno delle cellule umane, con la sua replicazione all’interno della cellula, con l’apparente invisibilità ai linfociti.

Nella medesima maniera, quindi, poter osservare come una cellula tumorale interagisce con le cellule sane adiacenti o con quelle della parete di un vaso sanguigno potrebbe rapidamente dischiudere le porte ad una nuova era nella lotta al cancro.

Dall’osservazione alla cura

Con le stesse tecniche, inoltre, è possibile osservare le cellule cancerose più aggressive e quindi indirizzare verso queste le terapie più adatte. In pratica, questa apparentemente banale innovazione, cioè il miglioramento di qualcosa che esiste da tempo: la registrazione video apre nuovi orizzonti alla ricerca multidisciplinare.

Sun Tzu, nel celeberrimo “L’arte della guerra”, scrive “Se conosci il nemico e te stesso, la tua vittoria è sicura.”. Con il nuovo strumento possiamo contemporaneamente conoscere il nostro nemico e noi stessi, quindi la vittoria sul cancro è avvicinata di nuovo.

Galileo Galilei introdusse l’utilizzo del cannocchiale per scrutare le stelle e immediatamente immensi spazi nell’infinitamente grande apparvero per la prima volta agli uomini. Allo stesso modo, con l’introduzione di questa tecnica che permette  di spiare ciò che avviene nell’infinitamente piccolo, gli uomini potranno forse trovare la chiave per rivoluzionare di nuovo il loro modo di pensare e di vivere.