Sviluppo di metastasi tumorali: realizzata una mappa virtuale di cellule ibride

Un gruppo di ricercatori del Centro della Complessità e i Biosistemi (CC&B) dell’Università Statale di Milano ha realizzato una mappa virtuale delle trasformazioni cellulari che possono portare allo sviluppo di metastasi tumorali.

Il risultato – pubblicato sulla rivista PNAS – fornisce importanti informazioni sulle caratteristiche genetiche delle cellule durante queste transizioni, consentendo agli scienziati di visualizzare l'attività dei geni coinvolti.

Le trasformazioni cellulari – da cellule epiteliali, connesse fra di loro e strette insieme in strati aderenti che ne restringono la mobilità, a cellule mesenchimali, meno legate fra di loro e più mobili – avvengono sia durante lo sviluppo embrionale, quando le cellule staminali mesenchimali si differenziano in cellule ossee, muscolari, cartilaginee e adipose, sia durante la rigenerazione delle ferite. Tali trasformazioni si verificano anche durante lo sviluppo del cancro (circa l'80% dei tumori maligni umani derivano da cellule epiteliali diventate estremamente aggressive e invasive dei tessuti).

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. Queste cellule ibride, infatti, sono spesso instabili e le loro variazioni sono determinate da diversi fattori genetici, fisici e ambientali.

Utilizzando un modello matematico che simula la transizione da cellule epiteliali a cellule mesenchimali, inclusi i loro stati intermedi, i ricercatori del CC&B hanno prodotto una mappa bi-dimensionale che rappresenta le varie transizioni cellulari come un paesaggio accidentato e irregolare, con caratteristiche simili a quelle dei frattali, con ciascun tipo cellulare, compresi gli ibridi, a occupare una ben precisa posizione su questo paesaggio.

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.

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 -  aggiunge Stefano Zapperi, docente di Fisica della materia in Statale 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 permette solo di visualizzare le possibili conformazioni assunte da questi ibridi cellulari che potrebbero diventare metastasi, ma consente anche di misurare l'attività dei geni correlati a questi stati intermedi, facilitando l'analisi di grandi quantità di dati di sequenziamento genetico.

I tumori sono eterogenei e l'analisi che abbiamo condotto su singole cellule tumorali ha ampliato la nostra conoscenza dello sviluppo del cancro –conclude Caterina La Porta, docente di Patologia generale al dipartimento di Scienze e Politiche ambientali dell'Università Statale 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".