Studio della Statale fotografa le trasformazioni cellulari che portano alla diffusione del cancro 

Cosa succede dentro un cancro che riesce a diffondersi, attaccando organi diversi da quelli dove nasce? Un gruppo di ricercatori dell'università Statale di Milano ha risposto a questa domanda, realizzando una mappa virtuale delle trasformazioni cellulari che possono portare allo sviluppo di metastasi tumorali. "Un risultato che potrebbe fornire importanti informazioni sulle caratteristiche genetiche delle cellule durante queste transizioni, permettendo di visualizzare l'attività dei geni coinvolti", spiegano gli autori del lavoro, pubblicato su 'Pnas' e firmato dagli scienziati del Centro complessità e biosistemi (Cc&b) dell'ateneo meneghino.

La nostra pelle, così come le superfici interne ed esterne dei nostri organi - ricordano gli studiosi - è composta da cellule epiteliali connesse fra loro e strette insieme in strati aderenti che ne limitano la mobilità. In alcuni casi, però, queste cellule possono perdere le loro caratteristiche e trasformarsi in cellule mesenchimali, meno legate fra loro e in grado di muoversi con facilità. Questo cambiamento avviene durante lo sviluppo embrionale, quando le staminali mesenchimali possono differenziarsi in cellule ossee, muscolari, cartilaginee e adipose, oppure in corso di riparazione delle ferite. Ma si verifica anche durante lo sviluppo del cancro: circa l'80% dei tumori maligni umani origina da cellule epiteliali che sono diventate estremamente aggressive e hanno invaso altri tessuti.

La mappa virtuale 'made in Milano' ha fotografato proprio la trasformazione delle cellule da epiteliali a mesenchimali, passando per tutta una serie di fasi intermedie.

"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 del 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' sono spesso instabili e le loro variazioni sono determinate da diversi fattori genetici, fisici e ambientali.

Gli scienziati hanno usato un modello matematico per simulare la transizione da cellule epiteliali a mesenchimali, inclusi i loro stati intermedi. Così sono riusciti a produrre una mappa bi-dimensionale che rappresenta le varie transizioni cellulari come "un paesaggio accidentato e irregolare - lo descrivono - con caratteristiche simili a quelle dei frattali", oggetti geometrici all'interno dei quali una struttura si ripete su scale diverse. Ciascun tipo cellulare, compresi gli ibridi, occupa in questo paesaggio una posizione ben precisa.

In seguito, gli autori 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.

I ricercatori hanno localizzato le firme genetiche delle cellule epiteliali e mesenchimali, che rappresentano i due opposti stabili e ben definiti della transizione; nel mezzo di questi due estremi hanno mappato e identificato diversi ibridi, particolarmente sensibili a perturbazioni esterne e ciascuno dotato di un proprio profilo genetico. Questo tipo di plasticità è spesso associato al comportamento molto aggressivo delle cellule tumorali.

Non solo. "Un altro aspetto interessante che abbiamo notato - sottolinea Stefano Zapperi, professore del Dipartimento di fisica della Statale e direttore del Cc&b, che ha partecipato alla ricerca - 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. Questo dimostra che i processi di transizione nei sistemi organici e in quelli inorganici hanno alcune caratteristiche comuni". Il metodo sviluppato "non è solo un modo per visualizzare le possibili conformazioni assunte da questi ibridi cellulari che potrebbero diventare metastasi - precisano dall'ateneo milanese - La loro mappa, infatti, consente anche di misurare l'attività dei geni correlati a questi stati intermedi, facilitando l'analisi di grandi quantità di dati di sequenziamento genetico".

Conclude Caterina La Porta, docente di Patologia generale presso il Dipartimento di scienze e politiche ambientali della Statale e coordinatrice del lavoro: "I tumori sono eterogenei e l'analisi che abbiamo condotto su singole cellule tumorali ha ampliato la nostra conoscenza dello sviluppo del cancro. In particolare ci aiuta a capire come si originano le metastasi, che possono formarsi anche a distanza di anni. 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".