Cellule staminali coordinate da una memoria biologica invisibile regolano il proprio albero genealogico attraverso precise leggi della fisica. Lo rivela uno studio congiunto tra Cnr-Isc e Sapienza Università di Roma pubblicato sulla rivista «PRX Life» dell’American Physical Society. La scoperta apre scenari inediti nella medicina rigenerativa, nel contrasto all’invecchiamento dei tessuti e nello studio dei tumori.
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Il modello fisico applicato alla biologia
Le forti variazioni nel comportamento delle cellule staminali scheletriche non dipendono dal caso. C’è una precisa memoria biologica dietro questo meccanismo. I ricercatori dell’Istituto dei sistemi complessi del Consiglio nazionale delle ricerche e dell’ateneo capitolino hanno tracciato la trasmissione di informazioni cruciali tra le generazioni cellulari. La discendenza mostra dinamiche complesse. Alcuni elementi proliferano rapidamente, altri si fermano dopo pochi cicli. La misurazione scientifica del fenomeno è diventata possibile applicando un parametro della fisica termodinamica. Si tratta dell’eredità entropica, definita in inglese «inheritance entropy». Lo studio smentisce la tesi della casualità biologica totale. Il destino della colonia è scritto nella storia familiare dei singoli elementi.
Le parole dei ricercatori
L’ordine strutturale emerge dai dati. «La chiave di questa scoperta risiede nel calcolo dell’entropia, un concetto che in fisica misura il grado di disordine di un sistema» spiega Andrea Cavagna, tra gli autori dello studio. «Abbiamo scoperto che in certi punti dell’albero genealogico si attiva una modificazione epigenetica – cioè un cambiamento che influenza il comportamento cellulare senza alterare il DNA – che agisce come un conto alla rovescia biologico per tutti i futuri discendenti». Questo interruttore biologico non ferma subito lo sviluppo, ma possiede un effetto ritardato nel tempo.
La discendenza rallenta progressivamente. «Questo intervallo di tempo crea uno schema altamente organizzato all’interno della colonia» prosegue lo scienziato della struttura pubblica di ricerca. «È proprio questo surplus di ordine a ridurre l’entropia, dimostrando che la crescita delle staminali segue regole molto più strutturate del previsto, guidate da una memoria ancestrale e non dal caso».
Prospettive nella lotta ai tumori
La medicina rigenerativa acquisisce nuovi strumenti analitici. La comprensione profonda dell’invecchiamento dei tessuti biologici beneficerà direttamente di questi parametri matematici avanzati. Gli scienziati ipotizzano ora applicazioni immediate nella lotta contro le patologie oncologiche più complesse.
Il modello dell’entropia ereditaria servirà a verificare i meccanismi di resistenza ai trattamenti chemioterapici sviluppati dalle cellule tumorali. Gli esperti analizzeranno se questa capacità difensiva segua una linea di trasmissione genealogica specifica all’interno della colonia. La ricerca oncologica internazionale ottiene una chiave di lettura inedita per scardinare le difese dei tumori.
