Realizzato con un modello matematico una mappa bi-dimensionale che simula il processo di transizione delle cellule epiteliali in mesenchimali: un processo all’origine dell’80% dei tumori maligni.
Trasformazioni che possono portare alle metastasi tumorali
Un gruppo di ricercatori dell’Università degli Studi di Milano ha realizzato una mappa virtuale delle trasformazioni cellulari che possono portare allo sviluppo di metastasi tumorali.
Quali implicazioni ha questa mappa?
Un simile risultato potrebbe fornire importanti informazioni sulle caratteristiche genetiche delle cellule durante queste transizioni, consentendo agli scienziati di visualizzare l’attività dei geni coinvolti. Gli autori dello studio, pubblicato su PNAS, fanno parte del Centro della Complessità e i Biosistemi (CC&B) dell’Università Statale di Milano.
La trasformazione delle cellule della nostra pelle in tumori
Può accadere che le la nostra pelle, composta di cellule epiteliali connesse tra loro, si possono trasformare in mesenchimali.
Questa trasformazione si può verificare durante lo sviluppo del cancro: circa l’80% dei tumori maligni umani si origina da cellule epiteliali che sono diventate estremamente aggressive e hanno invaso altri tessuti.
Le considerazioni
“La transizione da cellule epiteliali a mesenchimali è un processo complesso, durante il quale le cellule passano attraverso diversi stati intermedi con caratteristiche comuni a entrambe le tipologie”, spiega Francesc Font-Clos, ricercatore al CC&B e autore principale dello studio. “Per esempio, possono avere sia un’alta mobilità sia buone proprietà adesive, il che consentirebbe loro di invadere con facilità altri tessuti e poi colonizzarli”.
La mappa bidimesionale
Queste cellule ibride sono spesso instabili e con complessi sistemi biologici, pertanto per studiarle i ricercatori del CC&B hanno usato un modello matematico per simulare la transizione da cellule epiteliali a cellule mesenchimali, inclusi i loro stati intermedi. In questo modo, sono riusciti a produrre una mappa bi-dimensionale che rappresenta le varie transizioni cellulari come un paesaggio accidentato e irregolare. Ciascun tipo cellulare, compresi gli ibridi, occupa una ben precisa posizione su questo paesaggio.
Il confronto e l’analisi
In seguito, gli autori dello studio hanno confrontato la loro mappa con i risultati dell’analisi di grandi quantità di geni di tessuti diversi, constatando che il loro paesaggio virtuale combacia con i dati sperimentali e quindi confermandone l’utilità come strumento di analisi e rappresentazione delle informazioni. I ricercatori hanno localizzato le firme genetiche delle cellule epiteliali e mesenchimali, che rappresentano i due opposti stabili e ben definiti della transizione; nel mezzo di questi due estremi hanno mappato e identificato diversi ibridi, particolarmente sensibili a perturbazioni esterne e ciascuno dotato di un proprio profilo genetico. Questo tipo di plasticità è spesso associato al comportamento molto aggressivo delle cellule tumorali.
“Un altro aspetto interessante che abbiamo notato è che le caratteristiche frattali del nostro paesaggio virtuale sono simili a quelle che molti studiosi hanno osservato nei solidi disordinati e nei materiali vetrosi”, ha detto Stefano Zapperi, professore al Dipartimento di Fisica e direttore del CC&B, che ha partecipato alla ricerca. “Questo dimostra che i processi di transizione nei sistemi organici e in quelli inorganici hanno alcune caratteristiche comuni”.
Il metodo sviluppato dai ricercatori del CC&B non è solo un modo per visualizzare le possibili conformazioni assunte da questi ibridi cellulari che potrebbero diventare metastasi. La loro mappa, infatti, consente anche di misurare l’attività dei geni correlati a questi stati intermedi, facilitando l’analisi di grandi quantità di dati di sequenziamento genetico.
Le conclusioni
“I tumori sono eterogenei e l’analisi che abbiamo condotto su singole cellule tumorali ha ampliato la nostra conoscenza dello sviluppo del cancro”, ha concluso Caterina La Porta, professoressa di patologia generale al Dipartimento di scienze e politiche ambientali dell’Università di Milano e coordinatrice di questa ricerca.
“In particolare, ci aiuta a capire come si originano le metastasi. Infatti, sappiamo che le metastasi possono formarsi anche a distanza di anni e in zone diverse da quelle del tumore primario. Con il nostro approccio possiamo letteralmente vedere come avvengono queste trasformazioni usando i metodi della scienza delle reti su singole cellule. L’obiettivo finale è di superare l’ostacolo dell’eterogeneità tumorale per sviluppare trattamenti personalizzati”.
Fonti:
https://saluteuropa.org/scoprire-la-scienza/origine-sviluppo-metastasi-trasformazioni/
Credit photo: Topography of epithelial-mesenchymal plasticity, PNAS, Francesc Font-Clos, Stefano Zapperi and Caterina A. M. La Porta (2018)