Predire il destino di cellule staminali in coltura | Neoteron

Predire il destino di cellule staminali in coltura

Un nuovo metodo computazionale decodifica i movimenti cellulari e predice esattamente in che modo le cellule si divideranno

Ricercatori del Rensselaer Polytechnic Institute (stato di New York)  hanno scoperto un nuovo metodo computazionale  per la previsione del destino di cellule staminali con una precisione del 99%; i risultati dello studio sono stati pubblicati su Nature Methods 7 di marzo.

Un computer coglie, attraverso una serie di scatti, gli impercettibili movimenti cellulari invisibili all'occhio umano

Utilizzando una avanzata tecnologia di visione computerizzata per rilevare i minimi movimenti cellulari, talmente impercettibili da non essere individuabili direttamente dall’occhio umano, il professore Badrinath Roysam e il suo ex-studente (nel 1989) Andrew Cohen possono prevedere con successo in quale maniera una cellula staminale si dividerà e quali caratteristiche chiave esibiranno le cellule figlie.

Poichè consente l’isolamento di cellule con funzioni specifiche, tale scoperta potrà un giorno condurre a metodi efficaci per la crescita di cellule staminali su larga scala per uso terapeutico.

“In una coltura cellulare tutte le staminali costituenti hanno identico aspetto, ma il nostro nuovo metodo è sensibile ad ogni piccola differenza nella forma e nei movimenti di ogni singola cellula, ed usa tali indizi per predire efficacemente in quale tipo di cellula figlia più differenziata si dividerà la staminale” – dice Roysam, professore di ingegneria elettrica, informatica e dei sistemi al Rensselaer – “Siamo convinti che questo metodo sarà molto utile un giorno per estrarre cellule staminali da un paziente, e quindi far crescere in gran quantità solo il tipo di cellule di cui il paziente necessita. Ciò permetterebbe molti nuovi tipi di terapie mediche basate sull’impiego di cellule staminali.”

Al fine di ottenere nuove terapie basate su staminali che siano applicabili ed efficaci, i ricercatori devono poter avere accesso a un gran numero di cellule specifiche, e questo è di indubbia difficoltà, in quanto al momento non esistono metodi per controllare o manipolare la divisione della maggior parte dei tipi cellulari: quando una cellula staminale o una cellula progenitrice (meno differenziata) si divide attraverso la mitosi, le 2 cellule figlie risultanti possono essere o auto-rinnovanti o terminali.

Una cellula auto-rinnovante possiederà le stesse caratteristiche della cellula madre e si dividerà in 2 nuove cellule figlie identiche – ha dunque la capacità di dividersi indefinitamente, rimanendo in uno stato non differenziato,  mentre una cellula terminale differenziata, la cui formazione è determinata da specifici stimoli, è ormai destinata ad essere un singolo tipo cellulare, specifico e specializzato.

I ricercatori impegnati nello sviluppo di terapie con staminali cercano proprio di capire quali siano gli stimoli che inducono il differenziamento di una progenitrice staminale in un dato tipo cellulare, per poter così facilmente indurre la produzione di un gran numero di cellule specifiche, a seconda della patologia del paziente.

Roysam e Cohen hanno monitorato lo sviluppo delle cellule progenitrici della retina (RCP) di ratto, coltivate in un laboratorio della McGill University: il sistema da loro progettato cattura immagini delle cellule in coltura ogni 5 minuti, ed usa il software AITP (algorithmic information theoretic prediction) per analizzare il comportamento delle cellule e capire se ogni singola cellula sia destinata a dividersi in cellule figlie auto-replicanti o terminali. Tutto questo avviene in tempo reale per 40 cellule diverse simultaneamente, cosicchè i ricercatori possono conoscere il destino di ogni cellula prima che esse effettivamente si dividano.

I ricercatori hanno previsto il destino delle RCP, ovvero se esse si sarebbero divise in auto-replicanti o terminali, con una accuratezza del 99%, ed hanno previsto alcune caratteristiche delle 2 future cellule figlie specializzate (ad esempio se esse siano fotorecettori o altro) con una accuratezza del 87%.

“I nostri risultati succeriscono che le sottili variazioni dinamiche delle cellule staminali possono essere apprezzate attraverso sistemi computazionali per predire, cellula per cellula, il prodotto della prossima divisione mitotica, utilizzanto l’algoritmo AITP” dice Roysam ” In teoria, AITP può essere utilizzato per analizzare quasi ogni tipo di cellula, e potrebbe portare così a grossi progressi in molti campi.”

Fonte: Rensselaer Polytechnic Institute | Nature.com


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