Rendering di un tunnel realizzato in co-coltura con macrofagi e fibroblasti. Credito:Virginia Tech
Una semplice fetta del dito mette in moto una serie complessa di interazioni tra tipi di cellule. Due tipi di cellule in particolare, chiamati macrofagi e fibroblasti, lavorare insieme per ripulire e riparare le fibre distrutte dal taglio.
Mentre lo fanno, si influenzano a vicenda, influenzano l'ambiente microscopico che li circonda, e sono influenzati da quella reazione, tutto nella tranquilla ricerca di guarire la ferita.
Ma si sa poco di questi ambienti e di come i macrofagi e i fibroblasti si aiutino o si inibiscano a vicenda quando si muovono attraverso un ambiente di tessuto fibroso e interconnesso. I ricercatori della Virginia Tech hanno recentemente pubblicato uno studio che racconta connessioni e influenze precedentemente sconosciute tra queste cellule e il loro ambiente, un progresso che può aiutare con lo sviluppo di dispositivi biomedici che rispondono in modo più efficace a ferite o tumori.
"Un aspetto importante della nostra ricerca è che illustra davvero quanto siano complessi tutti questi diversi componenti all'interno del corpo di una persona, "ha detto Andrew Ford, un dottorato di ricerca studente in ingegneria chimica e primo autore dell'articolo.
Le conoscenze acquisite dalla ricerca del team potrebbero guidare la progettazione di soluzioni biomediche per attaccare i tumori o curare le ferite più velocemente manipolando l'ambiente dei macrofagi e dei fibroblasti.
Mentre le applicazioni sono già state esplorate utilizzando queste idee, la ricerca pubblicata di recente fornisce una convalida oltre a uno sguardo più da vicino alle interazioni tra le cellule e le variabili del loro ambiente.
Macrofagi e fibroblasti esistono nel tessuto connettivo umano, che si trova sotto lo strato esterno della pelle. Questo tessuto connettivo forma uno spazio, la matrice extracellulare, che fornisce supporto strutturale per altri tessuti del corpo.
All'interno di questa matrice, i fibroblasti esistono per secernere proteine che si accumulano e riparano il tessuto connettivo o rompono le matrici per aiutare a dissolvere le proteine e consentire il movimento. Macrofagi, però, tendono ad attaccare contro materiale estraneo o che sembra essere nel posto sbagliato.
Quando si lavora insieme, i fibroblasti si formano a lungo, tunnel 3D, che vengono poi utilizzati dai macrofagi per spostarsi.
In caso di ferita o taglio al dito, i macrofagi si attivano e passano all'offensiva, divorando i tessuti spostati dal taglio. Nel frattempo, i fibroblasti lavorano rapidamente per secernere proteine e riparare l'area danneggiata.
In assenza di fibroblasti, i ricercatori hanno scoperto che i macrofagi non erano in grado di muoversi quando l'ambiente fibroso era molto densamente connesso. Quando si opera in fibre relativamente più sciolte, i fibroblasti hanno allineato le fibre in modo da produrre tracce da seguire per i macrofagi.
"Questo studio fornisce una comprensione fondamentale su come questi due tipi di cellule lavorano con ciascuno per muoversi in una struttura tissutale interconnessa, " disse Padma Rajagopalan, il Robert E. Hord Jr. Professore di Ingegneria Chimica e direttore del programma di Interdisciplinary Graduate Education Program on Computational Tissue Engineering.
I fibroblasti utilizzavano processi chimici e meccanici per formare tunnel e allineare le fibre. Nel loro studio, i ricercatori hanno dimostrato che i processi chimici potrebbero aver giocato un ruolo più significativo nella formazione dei tunnel rispetto ai processi meccanici.
Entrambe le cellule hanno lavorato insieme per eliminare i detriti risultanti dalla formazione del tunnel, mostrando una coordinazione tra queste due cellule mentre si muovono in una struttura simile a un tessuto. Insieme, le due cellule, guidati dalle condizioni della matrice extracellulare in cui si trovano, possono aiutarsi o inibirsi a vicenda.
"È tutto questo ciclo a cascata, " disse Ford.
La manipolazione dell'ambiente intorno a queste cellule potrebbe portare a scoperte rivoluzionarie nei trattamenti per ferite e tumori, in particolare i tumori all'interno dei tessuti polmonari e mammari, che più si avvicinano alle condizioni della fibra nel setup sperimentale.