La medicina rigenerativa è una promessa per molti disturbi, dal trattamento del diabete con trapianti di cellule pancreatiche a nuovi organi in crescita per il trapianto. Ma poiché questi approcci generano tessuti ex vivo o al di fuori del corpo, tutti gli scienziati che li sviluppano affrontano lo stesso enigma: come connettere questi tessuti sviluppati esternamente al flusso sanguigno e al resto del corpo in modo che possano crescere adeguatamente? I ricercatori del laboratorio di Lim all'UCSF hanno dimostrato di poter programmare gruppi di singole cellule capaci di auto-organizzarsi in strutture multistrato che ricordano organismi semplici. La loro ricerca è stata pubblicata su Science.

Tessuti che si costruiscono da soli

Quando le strutture biologiche si formano, le cellule comunicano tra loro e si coordinano su come organizzarsi strutturalmente. Per simulare questo processo, i ricercatori utilizzato una molecola di segnalazione sintetica personalizzabile chiamata synNotch, recentemente sviluppata nel laboratorio di Lim, che ha permesso di programmare le cellule capaci di rispondere ai segnali di comunicazione intercellulare. Nello specifico, utilizzando synNotch, i ricercatori hanno programmato le cellule affinché rispondessero a specifici segnali provenienti da cellule vicine, creando le molecole caderine e i marcatori fluorescenti. Sorprendentemente, solo poche semplici forme di comunicazione cellulare collettiva erano sufficienti a far sì che gruppi di cellule cambiassero colore e si auto-organizzassero in strutture multistrato simili a organismi semplici o a tessuti in via di sviluppo.

I ricercatori hanno creato una serie di strutture sempre più complicate, a partire da una sfera a due strati. Hanno utilizzato un gruppo di cellule blu che esprimeva una proteina di segnalazione sulle loro superfici e un secondo gruppo di cellule incolori che esprimeva, invece, un recettore synNotch programmato per rilevare la proteina segnale. Isolate le une dalle altre, queste popolazioni cellulari non facevano nulla, ma una volta mescolate assieme, le cellule blu attivavano i recettori synNotch sulle cellule incolori che, a loro volta, producevano le molecole caderine e una proteina verde chiamata GFP. Le cellule incolori diventavano rapidamente verdi e si raggruppavano insieme, formando un nucleo centrale circondato da uno strato esterno di cellule blu. Dunque, cellule semplici possono essere programmate per svilupparsi in strutture più complesse, capaci anche di auto-ripararsi.

Lo sviluppo di synNotch

SynNotch è stato sviluppato per la prima volta nel laboratorio di Lim. Veniva utilizzato per modificare le cellule T, migliorando la loro capacità di riconoscere le cellule tumorali e distruggerle. La tecnologia ha il potenziale per rendere i trattamenti delle cellule T più specifici e quindi applicabili ai tumori solidi. Potrebbe anche essere usato per sopprimere la risposta immunitaria, utile nel trattamento delle malattie autoimmuni.

In futuro, i ricercatori desiderano programmare strutture cellulari più complesse, simili ai tessuti, attraverso più livelli di segnalazione synNotch.

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