Sapere Scienza

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Quello che le cellule si dicono

11 Febbraio 2020 di 

Le cellule del nostro organismo si scambiano continuamente messaggi che regolano le loro attività. L’alfabeto che usano è composto da modificazioni chimiche delle proteine e dai movimenti di alcune molecole-segnale, la cui variazione di concentrazione all’interno della cellula trasmette un preciso messaggio.


Comprendere la comunicazione cellulare è fondamentale, perché permette di interferire, per esempio, con i segnali di proliferazione delle cellule tumorali. Il microscopio ottico consente di osservare alcuni segnali cellulari grazie a proteine fluorescenti (cioè in grado di emettere luce), dette “biosensori”. Queste “sentono” la concentrazione di una determinata molecola o l’attività di un enzima attraverso un’interazione che fa variare l’intensità o la lunghezza d’onda della luce emessa. Un segnale fisiologico si tramuta così in uno ottico, osservabile.


Durante il mio dottorato presso l’Istituto di Biologia Cellulare e Neurobiologia di Monterotondo (Roma), sotto supervisione del professor Fabio Mammano, ho studiato alcuni segnali che le cellule tumorali si scambiano quando sono sottoposte a una terapia detta fotodinamica (PDT), proprio tramite i biosensori fluorescenti. La PDT utilizza delle sostanze fotosensibilizzanti che diventano tossiche quando assorbono luce di una specifica lunghezza d’onda. Gli effetti tossici si propagano anche alle cellule vicine, che non sono state direttamente esposte alla luce, amplificando così l’effetto terapeutico del trattamento.


Abbiamo analizzato come avviene la propagazione del danno attraverso i segnali cellulari, inizialmente nel caso di uno strato di cellule tumorali cresciute su vetrino. Abbiamo indagato in particolare tre tipi di segnali con specifici biosensori: la concentrazione dello ione calcio (il cui accumulo eccessivo è nocivo per la cellula), la produzione dell’acqua ossigenata (uno dei prodotti tossici della PDT) e l’attivazione delle caspasi (enzimi coinvolti nel processo di morte cellulare). Dopo aver fatto assorbire alle cellule il fotosensibilizzante ftalocianina, abbiamo illuminato una singola cellula con un raggio laser rosso. Le variazioni nell’emissione di fluorescenza dei biosensori, prodotte sia nella cellula colpita che in quelle circostanti, hanno mostrato che i segnali partono dalla cellula irradiata e rapidamente si espandono in quelle adiacenti in tutte le direzioni. Si sviluppa un’onda radiale che nel giro di una decina di secondi raggiunge una distanza pari alla dimensione di cinque cellule (circa 80-90 micron). Le cellule capaci di esprimere (sintetizzare) i biosensori sono state poi utilizzate per sviluppare tumori solidi nel topo, per osservare come le cellule cancerogene rispondano alla PDT e come trasmettano i segnali alle vicine.


Gli esperimenti condotti mostrano che i biosensori fluorescenti permettono di studiare a livello molecolare e in tempo reale gli effetti delle terapie in un sistema complesso come il tumore, traducendo quanto le cellule si dicono in un linguaggio a noi comprensibile: un messaggio luminoso che possiamo raccogliere con una telecamera.

Chiara Nardin

Chiara, laureata in Fisica, ha conseguito il dottorato in Scienze della Materia, Nanotecnologie e Sistemi Complessi presso l’Università Roma Tre.

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