Le cellule tumorali migrano nell’organismo per diversi motivi: alcune seguono semplicemente il flusso di un fluido, mentre altre seguono attivamente specifici percorsi chimici. Come si fa a determinare quali cellule si stanno muovendo e perché? I ricercatori della Purdue University hanno ingegnerizzato al contrario un sistema di elaborazione del segnale cellulare e lo hanno usato per capire meglio cosa provoca la migrazione di cellule specifiche. Per molti anni, il professore di ingegneria meccanica Bumsoo Han e il suo gruppo di ricerca hanno studiato le cellule tumorali. Egli costruisce strutture microfluidiche per simulare il loro ambiente biologico; ha persino usato queste strutture per costruire una “macchina del tempo” per invertire la crescita delle cellule tumorali del pancreas. “Nei nostri esperimenti abbiamo osservato e studiato il modo in cui queste cellule tumorali migrano, perché è un aspetto importante della metastasi del cancro. Ma questo è diverso. Stiamo cercando di capire i meccanismi fondamentali che stanno alla base di questi comportamenti. Ed è molto impegnativo perché le cellule sono sistemi molto complessi di molecole e sono esposte a molteplici spunti che le inducono a muoversi”. Uno di questi spunti riguarda le scie chimiche, da cui molte cellule sono intrinsecamente attratte (come le formiche che seguono una scia odorosa). Un altro è il flusso di fluidi: se i fluidi scorrono intorno alle cellule in una certa direzione, molte cellule si muovono per seguire il percorso. Quindi, se una cellula si muove, come si può dire se è motivata da sostanze chimiche, da movimenti di fluidi o da entrambi?
Il team ha adottato un modello di porta logica ternaria per analizzare questi spunti e prevedere come le cellule si muoveranno in ambienti diversi. La ricerca è stata pubblicata su Lab on a Chip, una rivista della Royal Society of Chemistry. Una porta logica, in elettronica digitale e informatica, è un circuito digitale in grado di implementare (cioè di realizzare, simulandone la “logica matematica” mediante opportuni controlli su segnali elettrici) una particolare operazione logica di una o più variabili.
L’informatica contro i tumori
Moon ha assegnato dei valori alla direzione in cui le cellule si muovevano sotto i due diversi stimoli. “Se le cellule si muovono nella direzione del flusso, il valore è 1”, ha detto Moon. “Se non hanno alcuna direzionalità, è 0. Se si muovono nella direzione opposta al flusso, è -1”. Quando le cellule incontravano singolarmente le sostanze chimiche o il flusso di fluido, si muovevano in direzione positiva (l'”1″). Quando entrambi erano presenti nella stessa direzione, l’effetto era additivo (ancora “1”). Tuttavia, quando le due sostanze fluiscono in direzioni opposte, le cellule si muovono nella direzione delle sostanze chimiche (il “-1”), piuttosto che in quella del fluido. Naturalmente, il mondo reale non è mai così semplice. “In realtà, lo stimolo chimico è un gradiente, non un interruttore on-off”, ha detto Moon. “Le cellule si muoveranno solo una volta introdotta una certa dose di flusso; se ne introduciamo troppo, la cellula va in cortocircuito e non si muove affatto. La precisione con cui possiamo prevedere il movimento è una relazione non lineare”.
Sulla base di queste osservazioni, Moon ha estrapolato una griglia 3×3 per semplificare i risultati. Le indicazioni di queste cellule tumorali potevano ora essere schematizzate come un ingegnere elettrico farebbe con un circuito. Il passo successivo sarà quello di costruire un esperimento simile ma aggiungendo più stimoli e dimensioni.
