Ricerche

Un nuovo modello computazionale che simula lo sviluppo dell'ala del moscerino della frutta ha permesso a dei ricercatori di identificare meccanismi precedentemente nascosti alla base della generazione di organi.

Poiché gli organi si sviluppano in modi notevolmente simili nei moscerini della frutta e nelle persone, le informazioni biologiche di questo modello possono essere usate per informare la diagnosi e il trattamento delle malattie umane come il cancro, l'Alzheimer e i difetti genetici congeniti alla nascita.

Jeremiah Zartman, professore associato di ingegneria chimica e biomolecolare dell'Università di Notre Dame (Indiana/USA), ha lavorato con un team di ricerca multidisciplinare, che includeva collaboratori dell'Università della California di Riverside, per sviluppare un modello di moscerino della frutta che potesse decodificare i meccanismi che generano tessuti di organi.

I risultati del team, che offrono una comprensione più profonda delle leve chimiche e meccaniche che regolano la dimensione e la forma delle cellule degli organi, sono pubblicati su Nature Communications.

"Stiamo cercando di simulare un organo nel computer, creando efficacemente un gemello digitale di quell'organo", ha detto Zartman. "Stiamo prendendo le diverse cellule e parti delle cellule per vedere se possiamo prevedere come interagiranno tra loro".

Gli organi si sviluppano in risposta a ciò che Zartman chiama una 'sinfonia' di segnali. Il modello di moscerino della frutta dei ricercatori integra i numerosi segnali che orchestrano il movimento, la contrazione, l'adesione e la proliferazione cellulare. Incorpora anche le proprietà meccaniche, chimiche e strutturali dei componenti cellulari e spiega come queste proprietà cambiano nel tempo e in diverse posizioni.

Sia il modello che i risultati sperimentali del suo laboratorio hanno mostrato che c'erano due distinte classi di percorsi di segnalazione chimica, o sequenze di segnali, che producono tessuti curvi o piatti - identificando la flessibilità e la sintonizzabilità della generazione di un organo di una forma specifica.

Le cellule che ricevevano segnali dall'insulina hanno portato ad un aumento della curvatura del tessuto, mentre le cellule che ricevevano istruzioni da altri due regolatori chiave di crescita hanno appiattito il tessuto. I ricercatori hanno scoperto che questi regolatori di crescita hanno anche manipolato il quadro interno della cellula, il citoscheletro, per scolpire ulteriormente la dimensione e la forma delle cellule.

L'obiettivo d'insieme del gruppo di Zartman è identificare la misura in cui le regole biologiche raccolte da studi su organi del moscerino simulati sono condivise con sistemi diversi come piante, pesci e umani.

"Il nostro obiettivo per il futuro è sviluppare un organo prototipo digitale che affronti una domanda fondamentale in biologia: in che modo le cellule generano organi funzionali?", ha detto Zartman.