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La prima mano bionica è Made in Italy, il primo passo verso i cyborg

La prima mano bionica è Made in Italy, il primo passo verso i cyborg

Probabilmente il nome Almerina Mascarello non vi dirà nulla. Questa signora fu vittima, nel 1993, di un incidente sul lavoro nel quale perse la mano sinistra. Fin qui nessuna novità, voi direte, per quanto questi fatti non dovrebbero mai capitare. L’aspetto straordinario è che su di lei per la prima volta è stata effettuata a distanza di una ventina d’anni una ricostruzione artificialeall’avanguardia che sostituì l’arto perso, mediante l’uso di una mano bionica.

Sembra la trama di un film di fantascienza, come il celebre “L’uomo da sei milioni di dollari” o la descrizione di Phil Coulson di Marvel Agents of Shield. Eppure, come spesso accade, ciò che in un primo momento viene definito fantascienza, nel giro di qualche decennio può diventare realtà. È esattamente ciò che è accaduto nell’ottobre 2016 al Policlinico Gemelli di Roma, dove è avvenuta l’operazione che avrebbe collegato la mano bionica alla donna.

Ma qual è la novità? In effetti di protesi ne abbiamo viste tante, ma ciò che ha del sensazionale è che, a differenza dei normali arti bionici che possiedono solo una via unilaterale di comunicazione (cioè siamo noi che diamo comandi alla protesi), in questo caso si è stabilita una connessione bilaterale in cui la mano è in grado di comunicarci forza e forma dell’oggetto con cui entra in contatto.

Questo piccolo gioiello è interamente made in Italy, essendo stato sviluppato all’istituto di Biorobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa in collaborazione con ricercatori svizzeri e tedeschi. Ne abbiamo sentito parlare su molte  testate televisive nei mesi scorsi, ma oggi vogliamo andare più in profondità e spiegare i dettagli di quella che viene comunemente definita “cyber-hand”: la mano bionica.

Per poter avere una migliore comprensione della questione, iniziamo descrivendo come si faccia a controllare e comandare il nostro arto artificiale. Dal momento che la mano è in grado di comunicare con noi attraverso i neuroni, sembrerebbe logico aspettarsi che avvenga lo stesso per guidarla.

Eppure non è questo il caso. Non si è infatti ancora in grado di sfruttare il cervello per comandare la mano, in quanto risulta molto complesso replicare l’organizzazione della comunicazione efferente (dal cervello verso la periferia del corpo). In compenso, sono stati sviluppati molti altri modi per interfacciarsi con dispositivi di questo tipo; uno di questi utilizza le informazioni muscolari.

Tutto ciò è possibile grazie all’evoluzione del cosiddetto “machine learning”, che in pochi anni ha rivoluzionato gran parte del settore della ricerca scientifica. Grazie a questo sofisticato approccio, che prevede l’apprendimento automatico da parte della macchina, si è infatti in grado di tracciare delle linee di confine nei segnali muscolari, e classificare con ottima accuratezza i movimenti da eseguire. Il segnale elaborato viene trasmesso agli attuatori, muovendo così la mano a seconda delle nostre volontà. Si trattano, questi, di motori che prendono in ingresso un segnale elettrico per eseguire quindi un determinato movimento meccanico. Inoltre, la combinazione di più attuatori permette di poter eseguire movimenti più complessi definiti “primitive”. Questi permettono al dispositivo, per esempio, di raccogliere qualcosa, chiudere la “mano” o avvicinare due dita. [1] 

Tuttavia, in un meccanismo di questo tipo, per poter correggere i propri errori e raggiungere l’obiettivo richiesto, è necessario un feedback. Ed è qui la vera grande novità. La mano artificiale, infatti, è in grado di inviare informazioni tattili al cervello, ma per capire come avvenga questo processo bisogna innanzitutto imparare come riescano i neuroni a comunicare tra di loro. Come in tutti i linguaggi, ci sono regole e gerarchie da rispettare, e per poterle comprendere è necessario decodificare i messaggi con cui comunicano i neuroni.

Concentriamoci adesso sulla nostra mano biologica. Essa possiede sotto la pelle migliaia di recettori che possiamo dividere in quattro categorie principalisuperficiali e globali, a risposta veloce e a risposta lenta. Questi ultimi sono proprio quelli che, in base allo stimolo ricevuto, una volta superata una determinata soglia, inviano il segnale denominato “potenziale d’azione” o spike. Il potenziale d’azione è un evento che, nelle cellule del sistema nervoso, permette la trasmissione di informazioni, e ciò è possibile grazie a rapidi cambiamenti di carica elettrica attraverso la membrana dei neuroni. Consideriamo la presentazione di uno stimolo di durata di 10 millisecondi, ad esempio una piccola scossa elettrica. All’interno di questo intervallo temporale non si osserverà un solo spike, bensì una serie di spikes, detta treno.

La decodifica inizia qui: dobbiamo capire in che modo il nostro recettore comunichi col cervello. A tal proposito, esistono diversi codici di comunicazione, alcuni più semplici, come il numero di spikes all’interno dell’intervallo, ed altri più complessi, come i codici temporali. Questi ultimi prendono in considerazione il tempo esatto in cui è avvenuto lo spike oppure gli intervalli di distanza temporale tra spikes all’interno del treno. [2]

Ora che abbiamo compreso il linguaggio possiamo spostare la nostra attenzione sull’hardware (le componenti fisiche e meccaniche) e su come le informazioni vengano comunicate al cervello. Innanzitutto sono necessari dei trasduttori, cioè dei dispositivi in grado di convertire l’energia da una forma ad un’altra. Ai nostri scopi vengono utilizzati trasduttori detti piezoresistivi, i quali riescono a convertire l’energia meccanica in energia elettrica. [3]

Non finisce qui, però, perché per poter comunicare col cervello dobbiamo utilizzare anche noi lo stesso linguaggio, ed è perciò necessario trasformare questa corrente elettrica in spikes riconoscibili dai neuroni. Conseguentemente, si utilizzano quelli che vengono definiti modelli neuronali, ed in particolare una revisione del modello di Izhikevich. [4] In poche parole, questo modello prende come input la corrente elettrica, simulando le quattro categorie di recettori descritte in precedenza, la rielabora e fornisce come output il treno di spikes.

A questo punto occorre “solo” trasmettere il messaggio al cervello. Prendiamo quindi ciò che rimane delle terminazioni nervose in corrispondenza dell’amputazione, quelle che precedentemente erano collegate alla mano, e le connettiamo con la nostra mano bionica. Per farlo, utilizziamo un elettrodo transverso intrafasciculare multicanale, un dispositivo innovativo che, infilzato in un nervo periferico, permette di selezionare determinati assoni all’interno dei fascicoli (insiemi di fibre nervose), ed in questo modo il gioco è fatto.  Quasi fatto, a dire il vero, in effetti ancora non sappiamo a quale “strada” ci siamo collegati. Ma niente paura: con una piccola fase di mappatura siamo ora in grado di connettere ogni stimolo all’esatta regione di provenienza. La mappatura consiste in una serie di stimolazioni, necessarie per associare una regione di ricezione dei sensori ad un assone specifico, altrimenti si rischia che, ad esempio, toccando un mignolo, venga inviato al cervello un segnale che viene tradotto erroneamente come una sensazione tattile al pollice. [5]

Purtroppo questo collegamento col sistema nervoso periferico è ciò che presenta ancora qualche complicazione, e per tale ragione non si è riusciti a tenere la mano bionica connessa al corpo di Almerina per più di sei mesi. Tuttavia, si trattava solo di un prototipo e presto verrà sviluppato il prodotto definitivo con l’obiettivo di mantenere viva questa connessione per più anni.

In ogni caso siamo sulla buona strada, e questo risultato è già strabiliante. I ricercatori non si accontentano così facilmente, infatti nuovi studi sono stati intrapresi in modo da migliorare ancor più la mano artificiale. Chissà, forse in futuro potremmo forse realizzare anche un occhio bionico, portando passo dopo passo la fantascienza dei cyborg nei laboratori di ricerca, negli ospedali, e nella vita di tutti i giorni.

 

di Alessandro Marin Vargas

 

 

FONTI:

  1. Cipriani et al.: EMG-controlled prosthetic hand: user-prosthesis interaction, IEEE transactions on robotics, vol. 24, no. 1, february 2008.
  2. Rongala et al.: Neuromorphic artificial touch for categorization of naturalistic textures. IEEE transaction on neural networks and learning systems, vol. 28, no. 4, april 2017
  3. Oddo CM, Controzzi M, Beccai L, Cipriani C, Carrozza MC. 2011a. Roughness encoding for discrimination of surfaces in artificial active-touch. IEEE Transactions on Robotics 27:522–533. doi: 10.1109/TRO.2011.2116930
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Allergia, amici telespettatori!

Allergia, amici telespettatori!

Con le ultime forze rimaste, si fa scivolare dietro la porta. Non sa se si è chiusa, i suoi sensi sono annebbiati. Sdraiato supino sul divano fa faticosamente un controllo delle sue condizioni: la testa gli scoppia, la faccia gli scoppiale mani gli scoppiano.

Il respiro affannato, un flebile fischio, il pigolio di un pulcino stremato che invoca genitori mai conosciuti. Gli occhi gonfi e stanchi lacrimano, ripudiando le immagini di amici e parenti similmente sofferenti.

Il male incurabile che fiacca il nostro eroe non è un virus sconosciuto o una futuristica arma biologica; è l’allergia. L’allergia è una malattia che interessa il sistema immunitario e ne causa una eccessiva suscettibilità. Il sistema immunitario umano è una macchina incredibile: cellule super specializzate sono in grado di riconoscere e neutralizzare quasi tutti i batteri, i virus e i funghi patogeni che provano a farsi strada nel nostro corpo.

Questa guerra avviene quotidianamente; oltre a armi standard ad ampio spettro (pelle, muco, globuli bianchi mangia-batteri), il nostro sistema immunitario è equipaggiato con un arsenale in perenne aggiornamento che si occupa di creare armi adatte a combattere nemici specifici.

Prendete un batterio sconosciuto dal fondo dell’oceano, dalla foresta amazzonica o da una nave da combattimento in fiamme al largo dei bastioni di Orione e simpaticamente iniettatevelo nel braccio. Il sistema immunitario si accorge dell’aggressore, inviando macrofagi mangia-batteri che iniziano a spezzettare l’invasore, mentre altre cellule chiamate cellule che presentano l’antigene (APC) raccolgono i pezzettini risultanti e li portano in un linfonodo.

In questo quartier generale del sistema immunitario le cellule APC cercano tra miliardi di cellule diverse quelle capaci di riconoscere le spoglie dell’invasore. Le cellule che hanno gli strumenti per il riconoscimento vengono attivate e proliferano, producendo a loro volta grandi quantità di questi strumenti, ovvero gli anticorpi.

Gli anticorpi viaggiano velocemente nel sistema circolatorio e linfatico, appiccicandosi agli invasori, uccidendoli direttamente o rendendoli più riconoscibili dalle altre cellule immunitarie e più facilmente attaccabili. Un tipo di anticorpi speciali però, chiamati IgE, vanno a posizionarsi sulla superficie di cellule imbottite di “esplosivi”, dette mastociti. Grazie alle IgE, i mastociti sono in grado di farsi detonare quando incontrano l’invasore, rilasciando molecole come l’istamina e causando una forte infiammazione.

 

Figura 1: spiegazione schematica di una reazione allergica:

La cellula APC raccoglie una molecola “allergenica” dal torrente circolatorio credendola un intruso.

L’allergene è trasportato in un linfonodo e “presentato” ai linfociti.

I linfociti che riconoscono l’allergene si moltiplicano e iniziano a produrre IgE.

Le IgE vengono trasportate nel corpo e mediano l’innesco dei mastociti che entrano in contatto con l’allergene.

 

In un soggetto allergico avviene un cortocircuito a livello delle cellule che raccolgono i “pezzettini” degli invasori sul campo di battaglia: le APC. Queste cellule identificano qualcosa che non costituisce un pericolo per l’organismo, attivando la risposta immunitaria.

Alcune molecole più di altre sono prone a questo fraintendimento: il 90% delle allergie alimentari sono dovute al lattealla soiaall’uovoal granoalle arachidialle noci e nocciole, al pesce e ai molluschi.

Un fenomeno comune è la cross-reactivity: due allergeni con simile struttura molecolare possono causare simili reazioni allergiche. È inoltre probabile che un soggetto allergico sia sensibile a più allergeni, nonostante diverse allergie richiedano diversi anticorpi IgE e si manifestino in modi diversi.

Una cosa che è chiara ai ricercatori è che Allergia si presenta con una componente ereditaria e genetica: la probabilità di essere allergico sale dal 15 al 70% quando entrambi i genitori presentano reazioni allergiche.

Ciò nonostante, fattori ambientali come inquinamento, età, presenza di allergeni e patogeni alterano severità e incidenza dell’allergia. Questo può spiegare perché, sebbene sia una malattia conosciuta dai tempi degli egizi e abbia colpito personaggi illustri come Vivaldi, l’incidenza dell’allergia sia esplosa in questi ultimi decenni. Ma se tutto questo può essere incredibilmente intrigante per un biologo molecolare, ai pazienti interessa solitamente una cosa sola: essere curati.

Il rimedio più conosciuto, gli antistaminici, agiscono in competizione con il prodotto finale della risposta immunitaria, cioè l’istamina. Questi sono molecole che vanno ad occupare i recettori dei segnali per l’infiammazione, ma senza attivarli…se l’istamina è un paio di cuffiette che ripetono a tutto volume “è tempo di infiammarsi”, gli antistaminici sono dei tappi che impediscono alle cuffiette di comunicare il falso stato di allarme. In questa metafora, le orecchie sono i recettori per l’istamina già citati. Mettersi dei tappi nelle orecchie ha però delle controindicazioni, e lo stesso vale per gli antistaminici: chi li usa spesso si sente assonnato, meno reattivo, quasi un po’ ubriaco.

I trattamenti cortisonici invece deprimono l’intero sistema immunitario: il cortisone agisce invitando le cellule a interrompere la produzione di una serie di molecole che sono coinvolte nella risposta agli stress. Pur essendo incredibilmente efficaci nel contrastare le infiammazioni, i pesanti effetti collaterali fanno sì che vengano prescritti solo in casi gravi e vengano somministrati localmente tramite creme, inalatori o spray.

Ma la ricerca non si è fermata qui (non si ferma mai) e sta sviluppando dei rimedi che agiscono a monte dell’infiammazione: un trucchetto molto elegante è stimolare il corpo a creare degli anticorpi di diverso tipo, di quelli che non vengono riconosciuti dai mastociti, in modo che l’allergene venga rimosso dal sistema immunitario stesso.

Questo rimedio è conosciuto anche come vaccino: l’allergene o una forma simile dell’allergene viene somministrato per iniezione o per via orale. La vaccinazione è un processo molto lungo, non sempre efficace e ovviamente non può essere usato per trattare le allergie più gravi, in quanto anche minime dosi dell’allergene possono causare attacchi mortali in soggetti altamente sensibili.

Un’altra promettente cura si basa sulla distruzione degli anticorpi IgE. In laboratorio vengono creati degli anticorpi che, una volta somministrati al paziente, si attaccano alle IgE, in modo che il sistema immunitario le elimini riconoscendole come corpi estranei. Questa rivoluzionaria tecnologia commercializzata con il nome di Omalizumab è però ancora troppo costosa per curare milioni di soggetti allergici, ma in futuro potremmo vedere questa panacea in ogni casa. Sempre che il soggetto non sviluppi un’allergia nei confronti dell’Omalizumab.

 

(di Filippo Guerra)

 

Fonti:

– “Immunobiologia di Janeway” di Charles Janeway, 8° edizione, Piccin-Nuova Libreria

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Uno, nessuno o centomila? Storie moderne di organismi chimera – II parte

Uno, nessuno o centomila? Storie moderne di organismi chimera – II parte
Photo Credits: Derek Bromhall/ Getty Images

 

Nello scorso articolo abbiamo parlato di chimere e introdotto il concetto di microchimerismo. Come dicevamo, il microchimerismo fetomaterno consiste in un interscambio di cellule dal feto alla madre attraverso la placenta e nella circolazione materna. Una volta compiuto il trasferimento, queste cellule hanno la capacità di insediarsi nel corpo materno per dare origine a porzioni di tessuto anche piuttosto ampie e complesse.

Alcune prime prove di questo meccanismo risalgono ai tardi anni ‘70 (per quanto già teorizzate diverso tempo addietro), quando leucociti fetali furono scoperti circolare nel sangue della madre. Questa scoperta è stata consolidata negli anni da indagini effettuate “filtrando” il sangue della madre con uno strumento (per gli intenditori, FACS – Fluorescence Activated Cell Sorter) che trattiene selettivamente le cellule non materne, caratterizzate dalla presenza di materiale genetico estraneo. In quel caso, la scelta più ovvia fu quella di ricercare cellule che contenessero caratteristiche maschili, e quindi il cromosoma Y. Il risultato fu lampante e diede inizio a un ramo di ricerca assai proficuo e tutt’ora prolifico.

Uno studio più recente, eseguito su corpi di donne decedute accomunate dall’aver avuto gravidanze pregresse, ha confermato la presenza di gruppi di cellule con cromosoma Y anche all’interno dei cervelli di più di metà dei soggetti analizzati. Gli autori di questo studio, forti di analisi genetiche, suggeriscono che queste cellule appartengono ai figli delle pazienti, e che si sono annidate nel corpo materno durante la gravidanza. In questo modo gli autori hanno ricercato specificamente le cellule dei figli maschi escludendo potenziali figlie femmine, per difficoltà nel trovare un tratto distintivo sempre presente. Se fosse possibile ricercare anche la presenza di cellule delle figlie, il microchimerismo a livello cerebrale sarebbe stato sicuramente ancora più lampante.

Ma com’è possibile che un evento come questo avvenga? Ovviamente, questo scambio non può che avvenire tramite la placenta, punto di contatto primario tra madre e feto. La placenta umana, in particolare, tra tutti i placentati, è quella caratterizzata da un maggior grado di invadenza, insediandosi in profondità nel nel corpo della madre. Questo avviene al fine di controllare il flusso sanguigno materno – pur senza scambi diretti di fluidi con il feto – per garantire nutrimento e ossigenazione. È proprio in questo frangente che, molto probabilmente, il feto ha la possibilità di rilasciare nel circolo sanguigno materno delle cellule, seppure in una maniera ancora non ben chiara. Altrettanto noto è che anche le cellule della madre possono passare con lo stesso principio al feto.

La ricerca in questo campo non è solo importante per capire come e perché avvenga questo fenomeno, ma anche per il grande impatto clinico che questa scoperta può avere. Diversi gruppi di ricerca stanno proponendo il potenziale coinvolgimento di queste cellule in casi di risposta autoimmune, dal momento che metà corredo genetico è materno e metà è del padre. La risposta immunitaria che si viene a generare sarebbe simile a quella riscontrata nei casi di rigetto in seguito a trapianto di organi o tessuti (menzionata anche nella prima puntata). Le cellule embrionali, grazie al materiale genetico paterno, esprimono delle caratteristiche, quali la presenza di proteine di superficie o la secrezione di composti al loro esterno, che vengono riconosciute come estranee e attaccate dal sistema immunitario materno. E lo stesso avverrebbe per il feto, in età adulta.

Diversi studi correlano infatti il microchimerismo fetomaterno con malattie autoimmuni quali sclerosi sistemicalupus eritematoso sistemicosclerodermia tiroidite cronica autoimmune, proprio per la presenza di cellule proliferanti parzialmente “estranee” al corpo della madre. Una correlazione è stata suggerita anche tra cellule fetali e frequenza di aborto spontaneo in gravidanze successive alla prima e preeclampsia (disturbi sistemici nel corpo della madre durante la gravidanza), fenomeni assai ricorrenti nelle gravidanze umane.

Il microchimerismo fetomaterno, quindi, potrebbe ad esempio spiegare casi di complicazioni derivanti da trapianti allogenici di midollo osseo e sangue, dal momento che cellule con genoma diverso (maschile) da quello del donatore (femminile) sono state ritrovate nel sangue destinato a trapianto di cellule staminali.

Nonostante la “fama” negativa che negli anni il microchimerismo fetomaterno ha acquisito, diversi studi suggeriscono un considerevole numero di effetti “benèfici” di queste cellule nel corpo della madre. In particolare, queste sembrano correlare con una maggiore facilità nel riparare i tessuti corporei, tramite la produzione di collagene. Inoltre, queste cellule sembrano agire come delle “sentinelle” per controllare la tumorigenesi nella madre (in particolar modo, nel seno)

Alcune cellule fetali sono state anche rilevate nel tessuto cardiaco, dove sembrano essere coinvolte nella riparazione di eventuali danni che possono formarsi a livello del miocardio. Esse sembrano agire quasi come cellule staminali, differenziando in un tessuto funzionale molto simile a quello cardiacoQueste scoperte sono sensazionali, se si pensa all’alto livello di selettività negli interscambi a livello placentare. Ancor più, non è noto come queste cellule possano superare la barriera emato-encefalica materna, per entrare persino nel cervello. Sapendo inoltre, che questo processo è bidirezionale, queste considerazioni sono potenzialmente anche valide per il feto, e per le cellule 100% materne che alloggiano nel suo corpo fino alla sua senilità.

Questa scoperta ci fa rendere conto che ciascuno di noi, di fatto, non è unicamente sé stesso, ma piuttosto una “chimera” (quasi) perfettamente funzionante e sana. E questo concetto si estende ancor di più, anche se non si parla più di chimerismo, se ricordiamo la moltitudine di microrganismi che popolano in maniera simbiotica il nostro corpo, influenzando le sue dinamiche.

Il microchimerismo fetomaterno mantiene nel corpo di ciascuno di noi – anche per tutta la durata della nostra vita – cellule di nostra madre, di nostro figlio e, possibilmente, anche dei nostri fratelli maggiori o delle nostre nonne. In noi vivono, quindi, tracce del nostro passato e del nostro futuro, in un sensazionale e ancora misterioso continuum intergenerazionale.

 

di Lorenzo Povolo

 

Per saperne di più (in inglese):

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Uno, nessuno o centomila? Storie moderne di organismi chimera

Uno, nessuno o centomila? Storie moderne di organismi chimera
In figura: Embrione di maiale di quattro settimane nel quale sono state iniettate cellule umane nelle primissime fasi dello sviluppo fetale (National Geographic)

La mitologia greca è da secoli spunto di riflessione per l’immaginario comune. Ed è proprio grazie a questa che esseri come il minotauro o le sirene hanno assunto una forma e un comportamento più o meno preciso nella nostra mente. Tra le creature suggerite dai nostri antenati ellenici troviamo anche le chimere, solitamente dipinte come leoni dai cui dorsi emergono delle teste di capra e con un serpente al posto della coda.

Organismi simili, ovviamente, non esistono. Nonostante ciò, il vocabolario scientifico ha da diversi anni preso in prestito e introdotto ufficialmente il concetto di chimera per indicare organismi formati da cellule provviste di materiale genetico di diversa origine (ossia generate da diversi zigoti). Essenzialmente, sono una sorta di “collage cellulare” che si manifesta con caratteristiche provenienti dall’una o dall’altra origine.

Se chiediamo a un biologo molecolare o ad un biotecnologo che cosa sia una chimera, è molto probabile che questi inizi a parlare di chimere artificiali. In effetti, le chimere artificiali sono dei sistemi estremamente di moda nei laboratori dagli anni Ottanta. Chimere, sia tra cellule di organismi della stessa specie che di specie diverse, vengono create al fine di studiare malattie o comportamenti fisiologici per fini terapeutici. Tra le prime chimere si ricordano quelle derivanti da aggregati cellulari di diverse specie di topi (1980) o tra una pecora e una capra (1984) – quest’ultimo è stato il primo ad essere vitale fino all’età adulta – o tra primati (1999).

 

Come si genera una chimera? Essenzialmente occorre “solo” accostare un ridotto numero di cellule (che possono essere o l’uovo fecondato, detto “zigote” o cellule derivanti dalle sue prime divisioni, denominate “blastomeri”), mediante infusione di cellule in un altro zigote in formazione. Queste proliferano indipendentemente, formando una miscela di cellule diverse in un unico corpo. Gli organismi chimera differiscono sostanzialmente dagli animali transgenici, nei quali il corredo genetico è modificato  – in linea teorica – in tutte le cellule dell’organismo. Possiamo immaginare una chimera come un puzzle formato incastrando pezzi tagliati in maniera corretta, ma provenienti da due scatole diverse. Attaccandosi perfettamente, risultano in una immagine completa, ma contenente porzioni più o meno ampie delle due diverse figure originarie.

Può sorgere spontaneo chiederci si stia investendo tempo e soldi a creare questi sistemi i quali, a prima vista, sembrano avere gran poco di naturale. Lungi dal creare collegamenti con Frankenstein o altre creature letterarie, questi collages viventi stanno contribuendo negli anni a salvare un numero considerevole di vite umane in maniera più o meno diretta. Ogni 10 minuti una persona è aggiunta alla lista di attesa dei richiedenti organi o tessuti, e mediamente ogni giorno 20 persone muoiono attendendo il giusto donatore. Gli organismi chimera possono rappresentare una potenziale fonte di organi e tessuti utilizzabili per trapianti, se creati in chimere con componente umana.

Su questa linea, ha fatto scalpore la ricerca pubblicata sulla rivista Cell un anno fa in cui il primo embrione chimerico formato da cellule di maiale e umane è stato creato con successo, aprendo non pochi dibattiti dal punto di vista etico. Studi su organismi di questo tipo (umano, peraltro, solo per lo 0.001%), potrebbero condurre alla produzione di organi “su misura” e pronti per essere trapiantati, se creato riprogrammando cellule malate del paziente.

A tal proposito, gli stessi trapianti di organi e tessuti da altri organismi(detti “allogenici”) creano delle chimere, dal momento che il materiale genetico è diverso, tra paziente e organo da trapiantare. Un esempio lampante è il trapianto di midollo osseo, che dà origine a tutta una serie di tessuti che, a rigor di logica, sono estranei al paziente.

 

Nonostante queste applicazioni umane, il chimerismo è un fenomeno piuttosto comune in natura. Questo può originarsi ad esempio in seguito alla fecondazione di due zigoti nel ventre materno e alla loro successiva fusione in un solo organismo. A livello macroscopico, in ogni caso, è piuttosto difficile individuare le tracce di chimerismo, anche per la diversa natura in cui questo fenomeno si può manifestare e per la generale tolleranza immunologica nei confronti delle diverse cellule presenti. Frequenti esempi di chimerismo sono stati riportati in piantemuffe e coralli.

Anche tra animali superiori sono presenti esempi piuttosto chiari di chimerismo. Un esempio riportato in letteratura è il primate Tamarinus nigricollis. In questo organismo, il sangue, il midollo osseo, i linfonodi e parti della milza hanno riportato chimerismo con i sistemi ematopoietici dei fratelli gemelli, suggerendo che nell’utero materno sia avvenuto un rimescolamento e una migrazione dei precursori staminali di queste cellule. Esempi di chimerismo sono stati ritrovati anche nella nostra specie. Un esempio che coinvolge i gruppi sanguigni è rappresentato da un caso studiato nell’uomo nel 1953, dove una donna presentava sangue di due tipi diversi, il suo “originario” e quello scoperto poi essere del fratello gemello. Nel sangue della signora era infatti presente un sostanziale numero di cellule del fratello perfettamente proliferanti e funzionanti. Casi di questo tipo non sono rari, come suggerito dalla letteratura scientifica, e ci spingono a chiederci il perché della presenza di questi “estranei” nel nostro corpo.

In questo campo, di particolare interesse è diventato un fenomeno denominato microchimerismo, una tipologia di chimerismo che consiste nella presenza di un piccolo numero di cellule che originano da un altro individuo, risultando essere, perciò, totalmente diverse a livello genetico. Negli esseri umani, la forma più frequente di microchimerismo è quella fetomaterna (fetomaternal chimerism), che ha origine da un interscambio, seppur limitato, di cellule dal feto alla madre attraverso la placenta. Una volta compiuto il trasferimento, queste cellule si insediano nel corpo ospite mediante un meccanismo ancora non ben chiarito, per dare origine a delle porzioni di tessuto anche piuttosto sensibili. Questo significa che nel corpo della madre rimane per tutta la vita un “ricordo” fisico del loro figlio (e viceversa), con conseguenze anche piuttosto importanti per la loro salute. Ma come si viene a creare questo affascinante legame? E che cosa comporta esattamente questo fenomeno? Per saperne di più, non perdetevi il nostro prossimo articolo!

 

di Lorenzo Povolo

 

Per saperne di più (in italiano):