Un nuovo studio rivela la migrazione collettiva delle cellule tumorali

Weizmann un nuovo studio rivela la migrazione collettiva delle cellule tumorali

Un team di ricercatori internazionali, di cui fa parte il Prof. Nir Gov del Dipartimento di Fisica Chimica e Biologica del Weizmann Institute of Science, ha condotto uno studio sulla migrazione delle cellule tumorali.

Quando le cellule del nostro corpo migrano, ad esempio durante lo sviluppo embrionale, la guarigione delle ferite o il cancro metastatico, spesso si muovono insieme in formazioni che ricordano stormi di uccelli o banchi di pesci.

Le osservazioni di gruppi di cellule tumorali migranti hanno rivelato tre tipi distinti di movimento: “correre in avanti” in una direzione chiara (o traslazionale); orbitante come un gruppo intorno ad un asse (rotazionale), oppure completamente casuale, movimento non coordinato in cui il gruppo nel suo complesso fa poco o nessun progresso in qualsiasi direzione.

Il prof. Gov e il gruppo di ricerca hanno notato che le transizioni tra i tre diversi tipi di formazione sembrano essere casuali. Il movimento del gruppo di cellule è traslazionale per circa il 40% del tempo e rotazionale per circa il 35% del tempo. Inoltre gli scienziati hanno notato che le cellule cambiavano spontaneamente i modelli di movimento del gruppo.

Per capire questo passaggio apparentemente casuale tra i modelli di migrazione, gli scienziati hanno creato un modello computerizzato in cui ogni cellula era rappresentata da un’unità che aveva una direzione prevista, ma che ha anche cercato di coordinarsi con le direzioni medie delle cellule intorno ad essa. I ricercatori hanno scoperto che le transizioni tra queste fasi erano dipendenti dalla quantità di rumore nel sistema. Cioè, al di sopra di un certo livello di rumore, le cellule non potevano lavorare in gruppo e i loro movimenti diventavano casuali (in una cosiddetta fase “disordinata”).

Nir Gov, ricercatore israeliano del Weizmann Institute, come si legge in un comunicato dell’Università, ha spiegato:

“La cellula è essenzialmente un essere rumoroso, governato da processi interni più o meno casuali, e non viaggia mai in linea retta. Dopo aver fatto funzionare questo sistema, ci siamo chiesti perché non è stato trovato il movimento di rotazionale, mentre veniva prodotto il modello traslazionale e casuale”.

Weizmann un nuovo studio rivela la migrazione collettiva delle cellule tumorali

Nella versione successiva del loro modello, gli scienziati hanno creato un sistema che non era uniforme: le cellule sui bordi esterni della formazione avevano maggiore motilità di quelle del centro.

I ricercatori hanno quindi eseguito una simulazione in cui il livello di rumore era sufficientemente elevato da consentire al gruppo interno di cellule di muoversi casualmente (fase “disordinata”) ma sufficientemente basso da far sì che le cellule all’esterno tendessero a correre in avanti (fase “ordinata”). Il divario tra la situazione in cui si trovavano le cellule interiori e quella delle cellule esterne creava una tensione, conosciuta in termini fisici, come frustrazione.

Le cellule esterne, che avanzerebbero in avanti se lasciate da sole, sono gravate dalle cellule interne lente e disordinate. Se le cellule esterne non possono spingere in avanti quelle interne, la seconda migliore opzione – che è corre in cerchio – può essere preferibile alla casualità. In questo modo, le cellule conservano i propri alti livelli di motilità e coordinano il movimento con le cellule più vicine. Mentre ruotano intorno al gruppo, trascinano le cellule interne lungo il loro percorso.

La creazione di questa differenza tra le cellule interne ed esterne è stata una scelta consapevole da parte degli scienziati. Era noto, ad esempio, che la motilità cellulare scende quanto più una cellula è circondata da altre cellule. Al contrario, le cellule dei tessuti – cellule che devono rimanere in posizione – sono state osservate in movimento quando si apre uno spazio vuoto, come nei casi di lesione.

Così gli scienziati hanno aggiunto al loro modello la conclusione che le cellule che hanno meno vicini – ad esempio, quelli sui bordi esterni – sarebbero più mobili.

I modelli di movimento collettivo sono generalmente uniformi, dando ad ogni unità le stesse proprietà. Ma questa ricerca – iniziando con un sistema non uniforme – ha dimostrato come può nascere un nuovo comportamento, anche quando le regole di base del sistema non sono cambiate.

Secondo il prof. Gov:

“Uno dei meccanismi che porta a un nuovo comportamento è la frustrazione. Quando le cellule si muovono lo fanno senza occhi e orecchie e senza complesse capacità di elaborazione delle informazioni. Pertanto sarà necessaria una maggiore ricerca per scoprire i meccanismi delle cellule che permettono loro di migrare in gruppi”.

I risultati dello studio sono stati pubblicati su Science Advances.

RetweeTech