In un mondo tagliente e appuntito, la guarigione delle ferite è un processo critico e meraviglioso. Nonostante un'enorme quantità di studi scientifici, molti misteri in sospeso circondano ancora il modo in cui le cellule dei tessuti viventi rispondono e riparano i danni fisici.

Un mistero importante è esattamente come si innesca la guarigione delle ferite:una migliore comprensione di questo processo è essenziale per sviluppare metodi nuovi e migliorati per il trattamento di ferite di tutti i tipi.

Utilizzando un ultraveloce, laser ultravioletto ultrapreciso, un team di fisici e biologi della Vanderbilt University ha compiuto un passo importante verso la comprensione della natura di questi segnali di innesco. Le loro nuove intuizioni sono descritte in un articolo intitolato "I meccanismi multipli guidano la dinamica del segnale del calcio intorno alle ferite epiteliali indotte dal laser" pubblicato il 3 ottobre dal Giornale Biofisico .

Ricerche precedenti avevano stabilito che gli ioni calcio svolgono un ruolo chiave nella risposta della ferita. Non è sorprendente, perché la segnalazione del calcio ha un impatto su quasi ogni aspetto della vita cellulare. Così, i ricercatori, guidati dal professore di fisica e scienze biologiche Shane Hutson e dal professore associato di biologia cellulare e dello sviluppo Andrea Page-McCaw, hanno preso di mira le cellule sul retro delle pupe del moscerino della frutta che esprimevano una proteina che emette fluorescenza in presenza di ioni calcio. Ciò ha permesso loro di tenere traccia dei cambiamenti nelle concentrazioni di ioni calcio nelle cellule intorno alle ferite nei tessuti viventi (al contrario delle colture cellulari utilizzate in molti precedenti studi sulla risposta alle ferite) e di farlo con un risultato senza precedenti, precisione al millisecondo.

Il team ha creato ferite microscopiche nello strato epiteliale delle pupe utilizzando un laser che può essere focalizzato fino a un punto abbastanza piccolo da perforare fori microscopici nelle singole cellule (meno di un milionesimo di metro). La precisione del laser ha permesso loro di creare ferite ripetibili e controllabili. Hanno scoperto che anche il più breve degli impulsi nell'intervallo da nanosecondi a femtosecondi ha prodotto un'esplosione microscopica chiamata bolla di cavitazione abbastanza potente da danneggiare le cellule vicine.

"Di conseguenza, il danno che gli impulsi laser producono è abbastanza simile a una ferita da puntura circondata da una ferita da schiacciamento - trauma da corpo contundente in termini forensi - quindi le nostre osservazioni dovrebbero applicarsi alle ferite più comuni, " ha detto la prima autrice Erica Shannon, uno studente di dottorato in biologia dello sviluppo.

I ricercatori stavano testando due ipotesi prevalenti per l'innesco della risposta alla ferita. Uno è che le cellule danneggiate e morenti rilasciano proteine ​​nel fluido extracellulare che le cellule circostanti percepiscono, inducendoli ad aumentare i loro livelli interni di calcio. Questa maggiore concentrazione di calcio, a sua volta, innesca la loro trasformazione da forma statica a forma mobile, permettendo loro di iniziare a sigillare la ferita. La seconda ipotesi propone che il segnale di innesco si diffonda da cellula a cellula attraverso giunzioni gap, connessioni intercellulari specializzate che collegano direttamente due cellule nei punti in cui si toccano. Queste sono porte microscopiche che consentono alle cellule vicine di scambiare ioni, molecole e impulsi elettrici in modo rapido e diretto.

"Ciò che è estremamente eccitante è che abbiamo trovato prove che le cellule usano entrambi i meccanismi, "ha detto Shannon. "Si scopre che le cellule hanno un numero di modi diversi per segnalare lesioni. Ciò può consentire loro di distinguere tra diversi tipi di ferite." Gli esperimenti hanno rivelato che la creazione di una ferita genera una serie complessa di segnali di calcio nel tessuto circostante:

• Prima arriva un rapido afflusso di calcio nelle cellule immediatamente intorno alla ferita. Questo corrisponde all'impronta della bolla di cavitazione. I livelli di calcio nel liquido extracellulare sono molto più alti di quelli all'interno delle cellule. A causa della rapidità con cui avviene (meno di un decimo di secondo) i ricercatori sostengono che questo afflusso sia causato da micro-lacerazioni nelle membrane cellulari squarciate dalla forza della microesplosione;
• Prossimo, una vita breve, l'onda a corto raggio si diffonde attraverso le cellule vicine sane. Più grande è la ferita, più velocemente l'onda si diffonde. La velocità con cui l'onda si muove suggerisce che viaggia attraverso giunzioni gap ed è costituita da ioni calcio o da qualche altra piccola molecola di segnalazione.
• Circa 45 secondi dopo il ferimento appare una seconda ondata. Questa onda si muove molto più lentamente della prima ma si diffonde notevolmente più lontano. I ricercatori interpretano questo per significare che viene diffuso da molecole più grandi, molto probabilmente proteine ​​di segnalazione speciali, che diffondono più lentamente degli ioni. Però, avvertono che sono necessari ulteriori esperimenti per confermare questa supposizione. La seconda ondata si verifica solo quando le cellule vengono uccise, non quando sono solo danneggiati, suggerendo che dipende dall'entità del danno.
• Le prime due onde si diffondono in modo relativamente simmetrico attraverso il tessuto. Dopo la seconda ondata, però, l'area ad alta concentrazione di calcio inizia a inviare "flare", flussi direzionali di assorbimento del calcio che si diffondono ulteriormente nel tessuto circostante. Ogni bagliore dura per decine di secondi e i nuovi bagliori continuano a partire per più di 30 minuti dopo l'infortunio.

"Una volta compresi questi meccanismi di innesco, dovrebbe essere possibile trovare modi per stimolare il processo di guarigione delle ferite nelle persone con condizioni, come il diabete, che rallentano il processo o addirittura accelerano la normale guarigione delle ferite, " ha detto Hutson.