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Prof. Stefano Zanasi Prof. Carlo Ventura ti al calcio, elemento quest’ultimo fondamentale nella
sensori in grado di selezionare e gli agenti biologici o nomacchine mediante approcci di nanofabbricazione. regolazione della contrattilità miocardica. Abbiamo
chimici in grado di trattare determinate lesioni o in al- A livello cellulare la rete dei microtubuli e dei motori anche scoperto che l’esposizione a ELF-MF induce la
ternativa chips tissutali sono utilizzabili come percorsi molecolari costituisce un contesto che facilita e pro- trasformazione di cellule staminali embrionali (ES)
per testare la eventuale tossicità di una medicazione muove il raggiungimento di stati di sincronizzazione murine in cellule miocardiche terminalmente diffe-
sperimentale. fra gli andamenti vibrazionali di più oscillatori (mo- renziate caratterizzate da attività contrattile spontanea.
Siamo immersi nella natura vibratoria Universo, com- lecole segnale). La vibrazione in fase di tali oscillatori Più recentemente, abbiamo scoperto che campi radio-
prendente sia vibrazioni elettromagnetiche che suoni. corrisponde di per sé ad una forma di riconoscimento elettrici di 2,4 GHz possono essere opportunamen-
Le nostre cellule, incluse le cellule staminali che risie- biomolecolare che non necessita della interazione di- te convogliati a cellule in coltura mediante un Radio
dono in ogni tessuto del corpo umano producono e retta tra molecole. Electric Asymmetric Conveyer (REAC). La tecnologia
percepiscono energie fisiche come campi magnetici, e Questo intero approccio getta uno sguardo sia sulla REAC genera nei tessuti microcorrenti elettriche in ri-
oscillazione meccaniche. nanomeccanica, sia sulla “Quantum Field Theoryâ€, dal sposta al campo magnetico che vengono convogliate
Una gran mole di dati dimostra che le dinamiche es- momento che la sfida maggiore non sta nell’approccia- con una particolare sonda al tessuto oggetto di trat-
senziali della biologia cellulare (livelli citoplasmatici re il singolo evento di per sé, ma piuttosto nell’indaga- tamento, senza limiti di profondità , producendo una
del calcio, profili di espressione genica e proteica) sono re come andamenti oscillatori multipli siano in grado corrente risultante anch’essa convogliata attraverso la
regolate in maniera ritmica: il profilo oscillatorio di un di condividere informazioni. sonda nell’area di interesse. Questo processo si tradu-
evento rappresenta esso stesso un portale di informa- I microtubuli cellulari, con le loro intrinseche modali- ce in una ottimizzazione della polarità cellulare (cell
zioni. tà di vibrazione e polarità elettrica, risultano in grado polarity) elemento essenziale nel mantenimento dello
Il riconoscimento fra molecole segnale è anche indis- di generare campi elettrici ad alta frequenza con carat- stato di salute cellulare, come riportato in dettaglio più
solubilmente legato alla natura oscillatoria dei com- teristiche di irraggiamento. Questo campo oscillante avanti. Questa strategia innovativa si è dimostrata in
ponenti subcellulari. La vecchia concezione di una appare essere di grande importanza per l’organizzazio- grado di indurre notevoli effetti biologici a molti li-
interazione molecolare del tipo “chiave-serratura†non ne intracellulare e l’interazione intercellulare. In una velli interconnessi, dalla modulazione dell’espressione
regge di fronte al fatto che le reazioni cellulari mostra- gran varietà di cellule è stata sperimentalmente rile- genica e proteica fino al rimodellamento strutturale e
no caratteristiche di tempestività e di connessione ad vata una attività elettrodinamica nella regione di fre- funzionale cellulare, portando ad una elevata resa di
ampio raggio che accadono con velocità troppo elevate quenze comprese fra kHz e GHz, dimostrando come differenziamento in senso cardiaco, vascolare, neuro-
per poter essere spiegate esclusivamente sulla base di i microtubuli siano la fonte di tale attività . Sono state nale e muscolare scheletrico, sia in cellule ES murine
una semplice diffusione molecolare nell’ambiente ac- addirittura rivelate proprietà di commutazione di li- che in cellule staminali mesenchimali umane derivate
quoso intracellulare. La maggior parte delle molecole velli di memoria nei profili di conduttività elettrica a da tessuto adiposo (hADSC). Abbiamo scoperto che
d’acqua è associata a strutture subcellulari, che sono livello di singoli microtubuli in vitro. In particolare, il differenziamento verso le stesse tipologie cellulari
costantemente in movimento, oscillanti, come il cito- assimilando i microtubuli a nanostrutture cave, uti- poteva essere addirittura indotto mediante esposizio-
scheletro e il nucleoscheletro, formando una sorta di lizzando un approccio combinato di “Scanning Tun- ne a REAC in fibroblasti umani cutanei. Per la prima
network tessile che ingloba il nucleo, i mitocondri e il neling Microscopy (STM) e Atomic Force Microscopy volta, cellule somatiche non-staminali umane adulte
reticolo endoplasmatico, creando seri problemi ad un (AFM) è emerso come lo stato di memoria conduttiva sono state riprogrammate verso destini ai quali non
traffico meramente diffusivo di molecole segnale. in questi elementi sia associato ad una modulazione sarebbero mai altrimenti andate in contro. Tutto que-
Se pensiamo alle proteine cellulari in termini fisici, fine del riarrangiamento strutturale del microtubulo e sto senza l’utilizzo di tecniche di trasferimento geni-
possiamo vedere come alcuni dei loro motivi altamen- dei suoi elementi costitutivi, le tubuline, creando defi- co mediante vettori virali, potenzialmente rischiose, e
te conservati e ripetuti, quali strutture ad alfa-elica e le nite configurazioni di simmetria nella architettura del senza l’impiego di molecole chimiche costose e legate
anse che connettono le alfa-eliche tra loro, siano rispet- microtubulo in fase di polimerizzazione in vitro. I mi- a procedimenti complessi di sintesi. Inoltre, la ripro-
tivamente assimilabili ad un sistema di molle e connet- crotubuli possono essere quindi visti come dispositivi grammazione delle cellule somatiche mediante tec-
tori, in grado di rendere una singola proteina capace di in grado di memorizzare ed elaborare informazioni, nologia REAC ha comportato un aumento transiente
vibrare in una sorta di risonanza di fase. Questo oscil- un pò come uno switch della flash memory nel chip di dell’espressione di geni di staminalità , seguito dalla
latore (la proteina) è come un metronomo, che grazie un computer. loro inibizione trascrizionale, senza congelare le cellu-
alla presenza di motori molecolari come kinesine o La capacità delle cellule di generare e modulare campi le esposte in intermedi simil-embrionali, cosa che può
dineine, è in grado di muoversi lungo il cito-nucleo- elettromagnetici è anche il fondamento per considera- comportare la persistenza di elementi cellulari soggetti
scheletro, dove i microtubuli agiscono come una rete re la possibilità di dirigere il destino cellulare mediante ad una deriva tumorale.
elastica dissipativa delle principali differenze ritmiche energie fisiche. Al riguardo, abbiamo dimostrat per la Un dato di notevole interesse è il fatto che l’esposizio-
tra i vari oscillatori che compongono l’insieme delle prima volta come l’esposizione di cardiomiociti ventri- ne di hADSC a campi elettromagnetici convogliati con
molecole segnale. A testimoniare quanto questo am- colari adulti a campi magnetici di frequenza estrema- REAC è risultata in grado di invertire la senescenza
bito sia capace di aprire la strada verso nuovi paradig- mente bassa (ELF-MF) fosse in grado di portare alla staminale in vitro. In particolare, in hADSC soggette
mi sta l’assegnazione del premio Nobel per la Chimica modulazione trascrizionale di un sistema endorfiner- ad invecchiamento in vitro mediante coltura prolunga-
del 2016 a Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart e gico di molecole segnale, essenziali nella regolazione ta (oltre 90 giorni), il trattamento con REAC ha signi-
Bernard L. Feringa per le loro ricerche sulla natura dei della crescita miocardica, degli andamenti oscillatori ficativamente diminuito il numero di cellule staminali
motori molecolari naturali e sulla realizzazione di na- del calcio citosolico e della sensibilità dei miofilamen- esprimenti “β-galattosidasi associata a senescenzaâ€, un
maker di invecchiamento cellulare. Il trattamento con
REAC è stato in grado di migliorare l’espressione del
gene TERT, che codifica per il nucleo catalitico del-
la telomerasi, aumentando la lunghezza dei telomeri,
con il pieno recupero del potenziale differenziativo
nelle hADSC esposte. L’effetto antiinvecchiamento del
REAC ha anche coinvolto l’attivazione di un percor-
so telomerasi-indipendente, portando ad un aumento
della trascrizione di Bmi-1 e dei geni della staminali-
tà , nonché delle proteine da questi codificate . L’aver
scoperto di poter utilizzare energie fisiche per agire su
vie telomerasi-indipendenti e telomerasi-dipendenti,
ottimizzando la capacità delle cellule staminali di far
fronte al progredire dell’invecchiamento, può avere
importanti implicazioni biomediche. Infatti, le cellule
staminali, come qualsiasi altra cellula del corpo, vanno
in contro a senescenza, e questo ostacola il loro poten-
ziale differenziativo e di auto-rinnovamento, spiegan-
do anche il declino associato all’età nella potenzialitÃ
di auto-guarigione dei tessuti e degli organi. Inoltre,
la senescenza indotta da prolungata espansione delle
cellule staminali in vitro, come accade quando si cer-
ca forzatamente di aumentarne il numero prima di un
trapianto, ostacola seriamente l’espressione di pluripo-
tenza/multipotenza, portando ad un declino costante
nel repertorio e nella resa dei processi differenziativi.
La capacità del REAC di agire come una “macchina del
tempo†sulla cronobiologia delle cellule staminali può
impostare le basi per approcci futuri di ringiovanimen-
to dei tessuti e può ottimizzare il risultato terapeutico
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