La nuova mappa virtuale delle trasformazioni cellulari che possono portare allo formazione delle metastasi tumorali sviluppata dai ricercatori del Centro della Complessità e i Biosistemi (CC&B) dell’Università degli Studi di Milano potrebbe rivelarsi un prezioso strumento per meglio comprendere il delicato passaggio di formazione dei tumori secondari. La ricerca, che vede la firma di Francesc Font-Clos, Stefano Zapperi e Caterina A. M. La Porta, è stata recentemente pubblicata su PNAS. “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”, ha spiegato Caterina La Porta, docente di patologia generale al Dipartimento di scienze e politiche ambientali dell’Università di Milano e coordinatrice della ricerca.
Da cellule epiteliali a cellule mesemchimali
Al centro dell’attenzione dei ricercatori milanesi ci sono le cellule epiteliali, le principali componenti della pelle e dei tessuti di rivestimento degli organi, che sono di norma organizzate in strati aderenti l’un l’altro che ne restringono la mobilità. Le cellule epiteliali sono state individuate come l’origine di circa l’80% dei tumori maligni umani: in questi casi, esse diventano in grado di invadere i tessuti circostanti e assumono caratteristiche di estrema aggressività. Le cellule epiteliali assumono una maggiore capacità di mobilità anche durante lo sviluppo embrionale, quando le cellule staminali mesenchimali possono differenziarsi in cellule ossee, muscolari, cartilaginee e adipose, oppure durante la riparazione delle ferite. “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 – ha spiegato l’autore principale dello studio, Francesc Font-Clos -. 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”.
Le cellule ibride sono instabili
Le cellule ibride tipiche degli stadi intermedi della transizione sono spesso instabili, come conseguenza dell’influenza combinata di fattori genetici, fisici e ambientali. La transizione è stata studiata dal gruppo del CC&B tramite simulazione con un modello matematico, che ha permesso di produrre una mappa bi-dimensionale delle varie transizioni cellulari: un paesaggio molto accidentato e irregolare, con caratteristiche simili a quelle dei frattali, all’interno del quale ciascun tipo cellulare occupa una ben precisa posizione.
I ricercatori milanesi hanno anche verificato come tale paesaggio rifletta i dati sperimentali ottenuti dall’analisi di grandi quantità di geni di tessuti diversi. È stato così possibile localizzare le firme genetiche delle cellule epiteliali e mesenchimali – i due opposti stabili e ben definiti della transizione – e mappare i diversi ibridi, ciascuno dotato di un proprio profilo genetico.
Similitudini con i sistemi inorganici
“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 sottolineato Stefano Zapperi, professore al Dipartimento di Fisica e direttore del CC&B, che ha partecipato alla ricerca. Secondo Zapperi, ciò dimostra che i processi di transizione nei sistemi organici e in quelli inorganici hanno alcune caratteristiche comuni.
Oltre che visualizzare le possibili conformazioni assunte dagli ibridi cellulari che potrebbero diventare metastasi, la mappa sviluppata nei laboratori del CC&B consente anche di misurare l’attività dei geni correlati agli stati intermedi, facilitando l’analisi di grandi quantità di dati di sequenziamento genetico.
