Importante novità scientifica: i biologi della Tufts University (USA) sono riusciti a ripristinare la capacità di rigenerare il tessuto della coda nei girini.
Tale lavoro potrebbe essere considerato ordinario, se non per una circostanza: il risultato è stato ottenuto in modo non banale, utilizzando l'optogenetica, che si basa sul controllo dell'attività cellulare con l'aiuto della luce.
L'obiettivo finale di tutti questi studi è scoprire i meccanismi naturali che controllano la riparazione delle parti del corpo e imparare come attivarli negli esseri umani. I girini sono perfetti per questo compito, poiché in una fase iniziale di sviluppo mantengono la capacità di sostituire gli arti persi, ma poi la perdono bruscamente. Se tagli la coda agli individui che sono entrati nel cosiddetto periodo refrattario, non saranno più in grado di farla ricrescere.
I sistemi interni che controllano la rigenerazione sono ancora presenti nei loro corpi, ma per qualche motivo vengono fermati. Michael Levin ei suoi colleghi li hanno fatti lavorare di nuovo, riportando indietro il tempo fisiologico.
Il modo in cui l'hanno fatto è fantastico. Un gruppo di girini senza coda è stato allevato in un contenitore illuminato con brevi lampi di luce per due giorni; l'altro viveva nella completa oscurità. Di conseguenza, il tessuto della coda a tutti gli effetti è stato ripristinato nei girini del primo gruppo, comprese le strutture della colonna vertebrale, dei muscoli, delle terminazioni nervose e della pelle. I secondi girini non sono riusciti a superare le conseguenze dell'amputazione, come dovrebbe essere alla loro età.
Se suona come un trucco, lo è solo in parte. Per capire perché ciò è accaduto, è necessario spiegare il principio alla base dell'esperimento. In effetti, tutti gli animali nella stessa fase del ciclo di vita sono stati sottoposti a manipolazioni identiche. L'unica cosa che distingueva i due gruppi era la presenza o l'assenza di illuminazione. Tuttavia, la luce non era la vera causa del cambiamento. Serviva da interruttore a distanza, attivando un fattore che (non del tutto chiaro) innescava il processo di rigenerazione. Un tale fattore era l'iperpolarizzazione dei potenziali transmembrana delle cellule; o, più semplicemente, bioelettricità.
L'optogenetica rende relativamente facile progettare un esperimento. Le molecole di mRNA della proteina fotosensibile arcerodopsina sono state iniettate nei girini. Ciò ha portato al fatto che dopo un po 'di tempo sulla superficie di cellule ordinarie situate nello spessore del tessuto, sono apparse "proteine di pompa". Quando stimolati con la luce (e solo in questo caso), inducevano la corrente degli ioni attraverso la membrana, modificandone così il potenziale elettrico.
In effetti, a parte le pompe a membrana attivate dalla luce, gli scienziati non hanno offerto nulla per aiutare i girini. Tuttavia, un solo effetto sulle proprietà elettriche delle cellule era sufficiente per innescare una complessa cascata di processi di rigenerazione nel corpo. A sua volta, grazie all'optogenetica, è facile come sgusciare le pere provocare questi cambiamenti dall'esterno, basta solo illuminare il girino.
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La rigenerazione rimane uno dei principali misteri della biologia. Nel 2005, la rivista Science ha incluso la seguente domanda tra i 25 problemi più importanti che la scienza deve affrontare: cosa controlla la rigenerazione degli organi? Sfortunatamente, gli scienziati non sono ancora stati in grado di comprendere appieno perché alcuni animali in qualsiasi fase della loro vita ripristinano liberamente le parti del corpo perse, mentre altri perdono questa capacità per sempre. C'era una volta, il tuo corpo sapeva come far crescere un occhio o un braccio.
È stato molto tempo fa, all'inizio della vita come embrione. Gli esperti sono interessati a sapere dove scompare questa conoscenza e se sia possibile farla rivivere di nuovo in un adulto. Al momento, la ricerca della maggior parte dei biologi si concentra principalmente sull'espressione di geni o segnali chimici. Nel laboratorio di Michael Levin, la risposta all'enigma della rigenerazione spera di trovare in un altro fenomeno, la bioelettricità, e queste speranze, a quanto pare, non sono prive di fondamento.
Il fatto che le correnti elettriche siano presenti in un organismo vivente è noto sin dai tempi degli esperimenti di Galvani. Tuttavia, pochi hanno studiato il loro impatto sullo sviluppo così da vicino come fa Lewin. La bioelettricità ha avuto a lungo la possibilità di diventare un argomento degno di esperimenti, ma la rivoluzione molecolare in biologia nella seconda metà del 20 ° secolo ha spinto l'interesse della ricerca su questo tema ai margini della scienza.
Levin, proveniente dal campo della modellazione al computer e della genetica, impiegando i metodi più moderni che erano assenti dai suoi predecessori, restituisce infatti questa direzione al mainstream biologico. Il suo entusiasmo si basa sulla convinzione che l'elettricità sia un fenomeno fisico fondamentale, e l'evoluzione non ha potuto fare a meno di utilizzarla in processi fondamentali, come lo sviluppo dell'organismo.
Modificando il potenziale transmembrana delle cellule, lo scienziato può istruire i tessuti del girino a far crescere un occhio in un'area predeterminata del corpo. Una fotografia di una rana a sei zampe è appesa al muro del suo laboratorio. Altri arti apparvero in lei esclusivamente come risultato dell'esposizione a biocorrenti elettriche. A differenza dei neuroni, le cellule normali non sono in grado di sparare, ma possono trasmettere costantemente segnali in tutto il corpo attraverso giunzioni di gap. Se una planaria, un minuscolo verme in grado di rigenerarsi, ha la coda tagliata, viene inviata una richiesta alla testa dall'area di taglio per assicurarsi che sia a posto. Blocca la trasmissione di queste informazioni e una testa crescerà invece della coda prevista.
Manipolando vari canali ionici che determinano le proprietà elettriche delle cellule, gli scienziati nei loro esperimenti hanno prodotto vermi con due teste, due code e persino vermi di un design insolito con quattro teste. Secondo Levin, gli veniva quasi sempre detto che le sue idee non avrebbero dovuto funzionare. Si affidava alla sua intuizione e nella maggior parte dei casi non falliva.
Da questi tentativi è ancora molto lontano dalla piena conoscenza di come ripristinare un arto in una persona. Mentre le persone disabili possono contare solo sul miglioramento delle protesi. Tuttavia, l'esclusivo laboratorio della Tufts University sta cercando qualcosa di ancora più fondamentale: come il codice genetico, crede Levin, ci deve essere un codice bioelettrico che colleghi i gradienti e le dinamiche della tensione della membrana con le strutture anatomiche.
Avendolo capito, sarà possibile non solo controllare la rigenerazione, ma anche influenzare la crescita dei tumori. Levin li vede come una conseguenza della perdita di informazioni sulla forma dell'organismo da parte delle cellule, e lo studio del problema del cancro è tra i compiti del suo laboratorio. Come spesso accade, processi apparentemente diversi possono avere un'unica natura.
Se il codice bioelettrico è davvero alla base della costruzione di vari organi del corpo, la sua soluzione potrebbe far luce su due dei problemi più importanti che l'umanità deve affrontare contemporaneamente.
