La pelle umana è un organo straordinario che funge da barriera che ci protegge dagli agenti patogeni, sostanze tossiche e altro. La nostra pelle ha bisogno di rinnovarsi costantemente per tutta la vita e di cambiare le sue dimensioni per adattarsi perfettamente e coprire il corpo. Per soddisfare un comportamento così complesso e dinamico ogni cellula della pelle ha un compito specifico che dipende dalla sua posizione. Gli scienziati dell'Istituto Max Planck per la biologia dell'invecchiamento di Colonia hanno ora dimostrato che la densità e l'affollamento cellulare svolgono un ruolo fondamentale nell'istruire le decisioni sul destino delle singole cellule staminali e il movimento delle cellule differenziate verso l'alto all'interno del tessuto. Ciò garantisce che tutti i tipi di cellule siano posizionati correttamente all'interno del tessuto.

L'epidermide della pelle adulta è costituita da diversi strati. Le cellule staminali risiedono nello strato inferiore dove il loro compito è produrre nuove cellule che poi si differenziano e si spostano verso l'alto nello strato superiore più specializzato. Questo processo di differenziazione comporta cambiamenti permanenti nelle proprietà delle cellule per adattarsi al meglio alla funzione barriera della pelle. La pelle deve mantenere un numero equilibrato di cellule staminali e cellule differenziate poiché la perdita del giusto equilibrio comporterebbe una struttura tissutale aberrante e quindi una funzione. Il modo in cui questo intricato equilibrio viene mantenuto è rimasto in gran parte sconosciuto fino a poco tempo fa.

"All'inizio del nostro studio ci siamo chiesti come fanno le cellule della pelle a sapere dove si trovano e cosa dovrebbero fare", spiega Ekaterina Miroshnikova, autrice principale dello studio e ricercatrice post-dottorato nel laboratorio di Sara Wickström presso il Max Planck Institute for Biology of Ageing. I ricercatori hanno analizzato i tessuti embrionali di topo e le cellule staminali coltivate e hanno trovato un meccanismo elegante basato su una guida meccanica.

Lo stress locale indotto dall'affollamento porta alla differenziazione

"Abbiamo osservato che la divisione delle cellule staminali ha indotto un effetto di affollamento locale sullo strato di cellule staminali che ha deformato le cellule in prossimità di questo evento. Curiosamente, questa compressione e deformazione ha innescato la differenziazione della cellula vicina", spiega Miroshnikova. Le cellule affollate e schiacciate cambiano le loro proprietà, portando alla loro "fuga" dallo stress locale nello strato inferiore e al movimento verso l'alto. "Il fatto che le cellule percepiscano ciò che stanno facendo i loro vicini e facciano l'esatto contrario fornisce un modo molto efficiente e semplice per mantenere le dimensioni dei tessuti, architettura e funzione", dice Miroshnikova.

Questi risultati dimostrano per la prima volta come un tessuto complesso come la pelle umana possa generare e mantenere la sua struttura attraverso principi molto semplici di auto-organizzazione. Nel futuro, il gruppo continuerà a utilizzare una combinazione di modelli computazionali e biologia cellulare per scoprire come le mutazioni genetiche che si verificano durante il cancro colpiscono la proliferazione delle cellule staminali e la meccanica per compromettere questo processo.