La quantità di acqua presente nelle cellule staminali può determinare il loro destino come grasso o ossa. Questo studio è il primo a rivelare che il volume può influenzare il ruolo futuro delle cellule staminali, indipendentemente dall’ambiente.
Aggiungere o rimuovere acqua da una cellula staminale può cambiare il suo destino di cellula pre-ossea o cellula pre- grasso secondo quanto riferito dai ricercatori in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS).
Lo studio ha scoperto che l’ alterazione del volume di una cellula cambia la sua dinamica interna, compresa la rigidità della matrice che fiancheggia la superficie esterna.
Nelle cellule staminali, la rimozione di acqua condensa le cellule influenzandole a diventare rigide cellule pre-ossee, mentre l’aggiunta di acqua gonfia le cellule che si trasformano in morbide cellule pre-grasso.
“I risultati di questo studio offrono nuova comprensione della biologia delle cellule staminali per il loro utilizzo nella medicina rigenerativa”, afferma Praveen Arany, coautore e docente presso il Dipartimento di Biologia dell’Università di Buffalo.
( Vedi anche:Le cellule staminali sono il collegamento tra i batteri ed il cancro?).
Lo studio è stato condotto da Ming Guo, Assistente Professore presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica del Massachusetts Institute of Technology e da David Weitz, Professore di Fisica e di Fisica Applicata presso la John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences alla Harvard University.
“Per la prima volta cominciamo a capire l’importanza del volume delle cellule e del contenuto cellulare nelle proprietà meccaniche e nelle funzioni fisiologiche”, afferma Guo, che ha iniziato la ricerca come studente presso il laboratorio Weitz di Harvard.
La linea tra ossa e grasso
La ricerca ha inizialmente cercato di comprendere gli effetti del volume sulle caratteristiche e sulle funzioni di una cellula. Il volume delle cellule è estremamente regolato e cambia frequentemente nel corso della sua vita aumentando quando la cellula cresce e diminuendo quando si divide.
Questi cambiamenti di volume sono il risultato di variazioni della quantità di proteine, DNA e altri materiali all’interno della cellula, anche se per lo più rimangono costanti.
Ma le cellule possono anche provare cambiamenti rapidi ed estremi di dimensione e densità attraverso l’assorbimento o il rilascio dell’acqua e si allargano o si restringono in soli 20 minuti.
Aumentando o diminuendo il volume delle cellule del 20 per cento, i ricercatori hanno scoperto che le cellule hanno sperimentato diversi cambiamenti interni, tra cui l’espressione genica e la rigidità.
Sapendo che la rigidità gioca un ruolo nello sviluppo delle cellule staminali, i ricercatori hanno cominciato a chiedersi se il volume delle cellule poteva influire anche sul loro destino.
Per verificare questa ipotesi, i ricercatori hanno posto cellule staminali di normale volume in un substrato idrogel indurito per simulare la rigidità delle cellule ossee. Dopo una settimana, una grande parte delle cellule staminali si è sviluppata in cellule pre-ossee.
L’esperimento è stato ripetuto con un substrato di idrogel morbido. Nell’ambiente più morbido c’è stata una significativa diminuzione del numero di cellule staminali che diventavano cellule pre-ossee. Tuttavia, quando l’acqua è stata rimossa dalle cellule per diminuire il loro volume del 20 per cento, il numero di cellule staminali che diventavano cellule pre-ossee è aumentato, nonostante il substrato fosse più morbido.
Un esperimento simile è stato condotto in vitro. I ricercatori hanno collocato cellule staminali in vitro per simulare un ambiente più rigido e hanno scoperto che alcune delle cellule si sono sviluppate in cellule pre-grasso. Ma quando il volume delle cellule staminali è aumentato del 20 per cento è stato trovato un picco nella formazione di cellule adipose.
I ricercatori hanno scoperto che cambiare il volume delle cellule le ha indotte a comportarsi come se fossero sotto pressione ambientale.
“La cosa sorprendente in questi esperimenti è l’osservazione che il volume sembra essere legato alla cellula, sembra dettare la rigidità delle cellule e il destino cellulare”, spiega Weitz, membro del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering e Direttore del Materials Research Science and Engineering Center alla Harvard.
Studi futuri sono necessari per esaminare gli effetti di varie variazione del volume, nonché se il volume delle cellule o le indicazioni esterne sono il fattore dominante nel destino delle cellule staminali.
Il futuro della medicina rigenerativa
Le cellule staminali sono l’avanguardia della medicina rigenerativa perchè offrono ai ricercatori e ai medici la possibilità di riparare o sostituire i tessuti e gli organi danneggiati.
Capire cosa causa la differenziazione di queste cellule aiuterà i ricercatori a generare metodi che influenzano il loro comportamento e, in ultima analisi, a sviluppare nuove terapie.
Fonte: Buffalo University
