Per aiutare a scoprire la risposta, Mattia Serra, professore assistente di fisica dell’Università della California a San Diego, e colleghi del Politecnico di Milano (Italia) hanno sviluppato un nuovo metodo in grado di manipolare il movimento delle cellule embrionali utilizzando attrattori a breve termine, un concetto che Serra aveva precedentemente sviluppato e adottato per facilitare le operazioni di ricerca e salvataggio in mare.

Il loro lavoro appare in Physical Review Letters .

Gli attrattori a breve termine sono strutture che influenzano la dinamica e il movimento di un sistema per un tempo limitato, ma non determinano comportamenti a lungo termine. Modulando la distribuzione spaziale della miosina, il motore molecolare che guida il movimento cellulare, i ricercatori sono stati in grado di controllare il posizionamento di questi attrattori, dirigendo l'accumulo cellulare verso aree mirate dell'embrione.

Mentre la miosina guida il movimento cellulare all'interno dell'embrione, ci sono anche forze esterne, o disturbi, che spingono e tirano contro l'embrione. Questi disturbi sono imposti piuttosto che controllati dall'embrione.

Questa è una danza delicata. L'embrione deve distribuire in modo ottimale la miosina in modo che le cellule si muovano verso gli attrattori necessari per lo sviluppo lottando allo stesso tempo con i disturbi imposti.

Utilizzando la teoria e le simulazioni, i ricercatori sono stati in grado di ideare una strategia di controllo ottimale per creare e guidare gli attrattori a breve termine in flussi simili a quelli riscontrati nello sviluppo dell'embrione.

Per confermare la loro teoria, i collaboratori del gruppo Weijer dell'Università di Dundee (Scozia) hanno manipolato la distribuzione della miosina in un embrione di pulcino. Normalmente, l'embrione sviluppa un attrattore di breve durata sotto forma di linea:è qui che si forma l'asse principale del corpo. Le previsioni di Serra suggerivano che con una particolare distribuzione della miosina, si sarebbe potuto creare un attrattore a breve termine a forma di anello. Il gruppo Weijer è stato in grado di implementare la distribuzione suggerita della miosina in un embrione vivente e ha sviluppato un attrattore circolare anziché lineare.

Questo nuovo metodo di controllo dei flussi cellulari può essere utilizzato nell'ingegneria di organi sintetici e organoidi e può aiutare nelle applicazioni di medicina rigenerativa.

"I flussi multicellulari sono complessi e può essere difficile da studiare. Attrattori e repellenti comprimono questa complessità nelle sue unità essenziali che possono essere controllate e utilizzate per svelare i principi sottostanti che guidano i flussi multicellulari", ha affermato Serra.