Come treni sui binari: così le cellule navigano in ambienti complessi

La maggior parte delle cellule del corpo umano è incapace di spostarsi. Tuttavia, alcune cellule specializzate possono muoversi, per esempio per accorrere a riparare un tessuto in caso di ferita. Come le cellule interagiscano nel corso di questi spostamenti e in che modo si organizzino per navigare gli spazi complessi e affollati dell'interno del nostro corpo è ancora materia di studio. Ora un gruppo internazionale di scienziati dislocati tra Belgio e Austria è riuscito a comprendere meglio alcune regole auree del moto cellulare, e le ha descritte in un articolo su Nature Physics.

Teoria e pratica. I dati si basano sullo studio del comportamento di un piccolo gruppo di cellule in vitro, condotto da un gruppo di scienziati dell'University of Mons, in Belgio, abbinato alle simulazioni dei fisici teorici dell'Istituto di Scienze e Tecnologia austriaco (ISTA). Eléonore Vercurysse e Sylvain Gabriele, del primo gruppo di ricerca, hanno osservato il comportamento di cellule dell'epidermide chiamate cheratociti, specializzate nella guarigione delle ferite, costrette a muoversi lungo binari unidimensionali creati dagli scienziati su un substrato accanto a una scaglia di zebrafish (un piccolo pesce d'acqua dolce spesso utilizzato per gli studi di biologia), composta da numerose cellule.

Tutte in fila. Lasciati liberi di muoversi, i cheratociti hanno iniziato ad allungarsi lontano dalla squama e all'interno delle corsie predisposte. «All'inizio, le cellule si uniscono attraverso le molecole adesive sulla loro superficie, è come se si tenessero per mano», spiega David Brückner, fisico teorico tra gli autori dello studio. Poi all'improvviso il legame si spezza, e le cellule si riuniscono in minuscoli gruppi, avanzando come treni lungo i binari. «La lunghezza del treno è sempre diversa. A volte le cellule sono due, a volte sono dieci. Dipende dalle condizioni iniziali».

Direzione preferenziale. «C'è un gradiente all'interno di ogni cellula che determina dove essa sta andando», continua Brückner. «Si chiama "polarità" ed è come un... volante. Le cellule comunicano la propria polarità alle cellule vicine, permettendo loro di muoversi in armonia». Questo già era noto, ma il modo in cui questo movimento avvenisse rimaneva finora un mistero.

Nessuna a rimorchio. Brückner, insieme al collega austriaco Edouard Hannezo, ha elaborato un modello matematico che consideri la polarità delle cellule, le loro interazioni e le geometrie del loro ambiente circostante, scoprendo così alcune regole generali che guidano i loro movimenti.

Per esempio, i due hanno osservato che la velocità dei "treni di cellule" è indipendente dalla loro lunghezza, perché ogni cellula-vagone si muove, oltre che in accordo con le altre, anche per conto proprio, e non è la prima che deve trascinare tutte le successive.

Ammassi disordinati. Se invece la corsia è più larga, le cellule non si muovono in un'unica fila ordinata ma in raggruppamenti più lenti, in cui aumentano gli scontri tra una cellula e l'altra. Questo mancato allineamento in cui le cellule puntano in direzioni opposte disturba il flusso del movimento e riduce la velocità, ma ha anche un vantaggio quando le cellule si spostano in un ambiente complesso come quello del corpo umano. Se incontrano un binario morto, infatti, le cellule di un ammasso disordinato sono più rapide a cambiare direzione, perché alcune sono già polarizzate nel verso desiderato. Nel caso del treno, il cambio di direzione è più difficile, perché tutte le cellule erano già polarizzate verso un'unica meta.

Entrambe le soluzioni. Secondo gli scienziati, in natura non esiste una configurazione preferita, ma le si osservano entrambe in contesti diversi. I comportamenti osservati in questi micro-gruppi di cellule potrebbero aiutarci a capire le interazioni che avvengono su più larga scala, per esempio all'interno dei tessuti.