October 12, 2012

Un interruttore magnetico per indurre il suicidio cellulare


Usando nanoparticelle come interruttori magnetici, un team coreano è riuscito a innescare a comando il processo apoptosi, la morte cellulare programmata. La tecnica, che è stata dimostrata sia in vitro che in vivo, potrebbe aprire interessanti prospettive nel campo della ricerca sul cancro poiché permette di controllare in modo accurato le cellule su cui agire.
Meccanismo di apoptosi attivato in cellule in coltura, visualizzato grazie a una tecnica di microscopia in fluorescenza (© Dr. Thomas Deerinck/Visuals Unlimited/Corbis)

Una delle sfide più ardue nel campo della biologia e della biomedicina è la possibilità di controllare artificialmente e in modo non invasivo le attività cellulari in vitro e in prospettiva anche in vivo. Una ricerca condotta presso la Yonsei University di Seul, in Corea del Sud, ha dimostrato che questa possibilità esiste, grazie a nanoparticelle utilizzabili come interruttori magnetici che consentono di innescare a comando l'apoptosi, il processo di morte cellulare programmata.

Poiché la perdita dei normali meccanismi di apoptosi è cruciale per la proliferazione incontrollata delle cellule che caratterizza lo sviluppo delle forme tumorali, il successo di questo tipo di ricerche potrebbe aprire nuove e inaspettate prospettive in campo oncologico.

Secondo quanto riferito in un articolo
pubblicato su “Nature Materials” gli autori hanno utilizzato nanoparticelle magnetiche di ossido di ferro dopato con zinco, in grado di legarsi stabilmente a un anticorpo, denominato DR4, coinvolto nel meccanismo di apoptosi nelle cellule tumorali di adenocarcinoma del colon.
Il risultato cruciale della ricerca consiste nel fatto che, grazie all’applicazione di un campo magnetico esterno su cellule coltivate in vitro, si è riusciti a indurre l’aggregazione delle coppie nanoparticella-DR4, che a loro volta si sono legate a specifici recettori cellulari, promuovendo il cammino di segnalazione di apoptosi.

In sostanza le nanoparticelle, come previsto, sono andate a costituire un "interruttore" magnetico, che così è stato commutato sulla posizione “APERTO”, portando alla morte circa la metà delle cellule trattate. L'apoptosi, per contro, nelle cellule non trattate non si è verificata.

La metodica, rispetto ad altre tecniche di attivazione dei recettori per l'apoptosi, che coinvolgono tutto l'organismo, è molto selettiva, e permette di controllare in modo molto accurato le cellule su cui agire, utilizzando un campo magnetico attenuato.

La seconda fase dell’esperimento è consistita nell’applicazione della nuova metodica in vivo, una sfida sempre ardua per la complessità dei sistemi biologici viventi. La scelta del modello animale è caduta sul pesce zebra, un modello universalmente utilizzato nei laboratori di biologia, che in questo caso offriva due notevoli vantaggi: il suo corpo è trasparente, il che facilita enormemente la valutazione dell'evoluzione dei tessuti; inoltre, ha un recettore che somiglia molto al recettore DR4 umano, che quindi probabilmente è altrettanto sensibile alle stimolazioni mediate dalle nanoparticelle e dal campo magnetico applicato dagli sperimentatori.

Le osservazioni condotte con tecniche di microscopia in campo chiaro hanno rilevato nei pesci trattati la comparsa alterazioni morfologiche nella zona della coda, dovute, secondo gli autori, all'attivazione dell'apoptosi. Ciò dimostra la possibilità di utilizzare un interruttore magnetico controllato da remoto anche in vivo, senza influenzare negativamente altri processi citologici.

Secondo le conclusioni degli autori, le applicazioni di questo studio potrebbero essere estese ad altri recettori di membrana importanti in altre situazioni cliniche, come nel caso dei recettori per il fattore di crescita endoteliale nel campo della medicina rigenerativa o il recettore Toll-like per il potenziamento del sistema immunitario.


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