Un nuovo sguardo alla morfogenesi
La morfogenesi, ovvero il processo biologico attraverso il quale una cellula, un tessuto o un organo sviluppano la propria forma, costituisce uno dei più notevoli esempi di auto-organizzazione biologica, nonché uno dei grandi misteri della biologia. «La comprensione delle modalità con cui emerge il piano corporeo durante la morfogenesi è una questione centrale all’avanguardia della ricerca in materia di biologia dello sviluppo e biofisica», spiega Kinneret Keren(si apre in una nuova finestra), biofisica attiva presso l’Istituto israeliano di tecnologia(si apre in una nuova finestra) (Technion). Per aiutare a rispondere a questo interrogativo è entrato in gioco il progetto HydraMechanics(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE. «La nostra ricerca si propone di far luce sul processo di morfogenesi da una prospettiva biofisica, concentrandosi sul ruolo svolto dalle forze meccaniche e dal feedback nella formazione e stabilizzazione del piano corporeo», aggiunge Keren, che ha rivestito il ruolo di ricercatrice principale del progetto.
Comprendere le capacità di rigenerazione dell’idra
Per esplorare le basi meccaniche della morfogenesi, il progetto, che ha ricevuto il sostegno del Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra), si è rivolto all’idra, un piccolo predatore d’acqua dolce. Questo animale multicellulare è dotato di una pianta del corpo uniassiale e una notevole capacità di rigenerazione. «Grazie alla semplicità del suo schema corporeo e alla flessibilità sperimentale, l’idra è un classico sistema modello per lo studio della morfogenesi», spiega l’esperta. Disponendo di moderni strumenti di imaging e di manipolazione, il team si è proposto di esaminare più da vicino i meccanismi meccanici alla base della formazione e della stabilizzazione del piano corporeo durante la rigenerazione dell’idra a livello cellulare e tissutale.
I meccanismi alla base dell’organizzazione e della rigenerazione dei tessuti
Una delle ipotesi centrali del progetto è che l’idra possieda meccanismi di feedback meccanico in grado, in ultima analisi, di determinare una solida organizzazione dei tessuti, la formazione degli assi e la rigenerazione. «Per sondare direttamente l’influenza di queste forze meccaniche e del feedback sul processo di rigenerazione dell’idra, abbiamo applicato varie perturbazioni meccaniche esterne e studiato la loro influenza sul processo e sulla morfologia finale dell’animale rigenerato», osserva Keren. Il progetto ha inoltre affrontato la questione di come la polarità dell’asse corporeo sia stabilita e mantenuta nel corso della morfogenesi. Come spiega Keren, la polarità richiede una coordinazione globale in tutto l’organismo per generare un asse corporeo ben definito e, al contempo, si manifesta localmente nel comportamento e nella differenziazione delle singole cellule all’interno del tessuto. «Esaminando il modo in cui la meccanica e l’organizzazione dinamica del citoscheletro di actina influiscono sulla creazione e sul mantenimento della polarità durante la rigenerazione, ci auguriamo di fornire nuove informazioni sui meccanismi che coordinano i comportamenti delle cellule e stabiliscono la polarità dell’asse corporeo durante la morfogenesi», spiega la ricercatrice.
Niente per cui perdere la testa
Sulla base di queste linee di ricerca, il progetto ha compiuto diverse importanti scoperte: per esempio, ha messo in mostra come l’eredità strutturale su larga scala dell’organizzazione citoscheletrica possa guidare l’asse del corpo nell’idra in fase di rigenerazione. Uno dei risultati più interessanti riguarda la capacità unica di cui è dotato l’idra per rigenerare la testa perduta: in tal caso, i ricercatori hanno dimostrato che la futura regione della testa all’interno dei frammenti di tessuto rigenerato subisce molteplici processi di allungamento, rottura e deformazione. Molti dei risultati ricavati da HydraMechanics sono stati pubblicati in varie riviste scientifiche e sono disponibili online. «La nostra ricerca sulla rigenerazione dell’idra rappresenta un passo in avanti importante verso l’integrazione della meccanica e di altri processi di sviluppo in un quadro biofisico unificato della morfogenesi», dichiara Keren, che conclude: «Pertanto, le lezioni apprese dal nostro lavoro possono gettare nuova luce sulle basi meccaniche della morfogenesi in altri organismi.»
