Illuminare la strada delle cellule

Il fatto che organismi altamente complessi si sviluppino da una singola cellula è una delle meraviglie della natura. I cosiddetti morfogeni svolgono un ruolo importante nello sviluppo. Segnalano alle cellule dove devono andare e cosa devono fare. Queste molecole di segnalazione controllano processi biologici come la formazione degli assi del corpo o il cablaggio del cervello. Per studiare questi processi in modo più dettagliato, i ricercatori devono essere in grado di posizionare le molecole di segnalazione nello spazio tridimensionale intorno alle cellule viventi. Questo è ora possibile grazie a un nuovo metodo sviluppato da Nicolas Broguiere e dai suoi colleghi del gruppo di ricerca di Marcy Zenobi-Wong. I loro risultati sono pubblicati oggi nella rivista pagina esternaRivista "Materiali avanzati" pubblicata.

Disegnare con la luce

"Il nostro approccio consente di distribuire molecole bioattive in un idrogel con un'elevata precisione", afferma Zenobi-Wong, professoressa di ingegneria tissutale e biofabbricazione presso il Dipartimento di scienze e tecnologie della salute dell'ETH di Zurigo. Quando le cellule viventi sono incapsulate nell'idrogel, percepiscono i segnali biochimici. Uno di questi segnali, il fattore di crescita nervoso, determina la direzione di crescita delle fibre nervose. Con un metodo noto come patterning a 2 fotoni, i ricercatori hanno utilizzato un laser per disegnare modelli tridimensionali di questa molecola nell'idrogel.

"Nella posizione esatta in cui viene indirizzata la luce, si innesca una reazione chimica che fissa il fattore di crescita nervoso nell'idrogel", spiega Broguiere. Abbiamo ottimizzato con cura il design dell'idrogel sensibile alla luce in modo che le molecole di segnalazione si accumulino solo nelle aree illuminate - e in nessun altro luogo"."Con il loro nuovo approccio, i ricercatori possono disegnare morfogeni tridimensionali con dettagli della dimensione di un millesimo di millimetro, cioè una singola fibra nervosa, e poi usare un microscopio per osservare come i neuroni seguono il modello pre-disegnato. "Con questo nuovo metodo, possiamo ora guidare efficacemente le cellule nervose in tre dimensioni utilizzando il loro stesso linguaggio biochimico", spiega Broguiere.

Quando le fibre nervose si lacerano

Dire alle cellule in quale direzione devono crescere è un sogno a lungo inseguito da molti biologi. Il nuovo approccio dei ricercatori dell'ETH li porta a un grande passo dalla realizzazione di questo sogno. Zenobi-Wong e Broguiere vedono anche un potenziale uso della loro invenzione in medicina: quando i nervi sono danneggiati in un incidente, crescono insieme in modo casuale e non riescono a ripristinare la loro piena funzione. "Non voglio dare l'impressione che saremo presto pronti a trattare i pazienti con il nostro approccio", afferma Zenobi-Wong. "Ma in futuro, un ulteriore sviluppo del nostro approccio potrebbe forse aiutare a guidare le cellule nervose direttamente nel corpo nella giusta direzione, in modo che i nervi feriti guariscano meglio".