Poiché gli organi si sviluppano in modi notevolmente simili nei moscerini della frutta e negli esseri umani, le informazioni biologiche derivanti da questo modello possono essere utilizzate per la diagnosi e il trattamento di malattie umane come il cancro, il morbo di Alzheimer e i difetti genetici congeniti alla nascita.

Jeremiah Zartman, professore associato di ingegneria chimica e biomolecolare presso l'Università di Notre Dame, ha lavorato con un gruppo di ricerca multidisciplinare che includeva collaboratori dell'Università della California, Riverside, per sviluppare un modello di moscerino della frutta per decodificare i meccanismi che generano il tessuto degli organi. /P>

I risultati del team, che offrono una comprensione più approfondita delle leve chimiche e meccaniche che regolano le dimensioni e la forma delle cellule degli organi, sono stati pubblicati su Nature Communications .

"Stiamo cercando di simulare un organo nel computer, creando di fatto un gemello digitale di quell'organo", ha detto Zartman. "Stiamo prendendo le diverse cellule e parti di cellule per vedere se possiamo prevedere come interagiranno tra loro."

Gli organi si sviluppano in risposta a quella che Zartman chiama una "sinfonia" di segnali. Il modello del moscerino della frutta elaborato dai ricercatori integra i numerosi segnali che orchestrano il movimento, la contrazione, l'adesione e la proliferazione delle cellule. Incorpora inoltre le proprietà meccaniche, chimiche e strutturali dei componenti cellulari e spiega come queste proprietà cambiano nel tempo e in luoghi diversi.

Sia il modello che i risultati sperimentali del suo laboratorio hanno mostrato che esistono due classi distinte di percorsi di segnalazione chimica, o sequenze di segnali, che producono tessuti curvi o piatti, identificando la flessibilità e la sintonizzabilità necessarie per generare un organo di una forma specifica.

Le cellule che ricevono segnali dall'insulina hanno portato ad un aumento della curvatura del tessuto, mentre le cellule che ricevono input da altri due regolatori chiave della crescita hanno appiattito il tessuto. I ricercatori hanno scoperto che questi regolatori della crescita manipolavano anche la struttura interna della cellula, o citoscheletro, per scolpire ulteriormente le dimensioni e la forma della cellula.

L'obiettivo generale del gruppo Zartman è identificare la misura in cui le regole biologiche raccolte dagli studi sugli organi simulati delle mosche sono condivise con sistemi distinti come piante, pesci e esseri umani.

"Il nostro obiettivo per il futuro è sviluppare un prototipo di organo digitale che affronti una questione fondamentale in biologia:come fanno le cellule a generare organi funzionali?" Zartman ha detto.