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La svolta degli anni '60: in che modo il virus Sendai ha cambiato il mondo della fusione cellulare?
La fusione cellulare è un importante processo cellulare in cui più cellule con un singolo nucleo si uniscono per formare una cellula multinucleata chiamata sincizio. Questo fenomeno si verifica durante la differenziazione dei mioblasti, degli osteoclasti e delle cellule del trofoblasto, nonché durante l'embriogenesi e la morfogenesi. La fusione cellulare è un passaggio fondamentale nella maturazione cellulare, poiché garantisce che le cellule continuino a mantenere le loro funzioni specifiche durante la crescita.
Revisione storica
Nel 1839, Theodor Schwann ampliò la teoria secondo cui la vita è composta da cellule nel suo libro "Investigazioni microscopiche", proponendo che le cellule discrete costituiscano la base della vita. L'osservazione di Schwann secondo cui le pareti e le cavità di alcune cellule si fondevano insieme fornì il primo indizio che le cellule potevano fondersi. Tuttavia, fu solo negli anni ’60 che i biologi cellulari fusero per la prima volta intenzionalmente le cellule. Hanno combinato cellule di topo isolate e hanno utilizzato il virus Sendai per indurre la fusione delle membrane esterne delle cellule.
Queste cellule ibride fuse contengono cromosomi di entrambi i partner di fusione e sono chiamate synkaryon.
Alla fine degli anni '60, i biologi erano riusciti a fondere con successo cellule di diversi tipi e specie in ibridi chiamati eterocarioni, che mantengono due o più nuclei separati. Il lavoro è stato condotto da Henry Harris dell'Università di Oxford e Niels Ringetts del Karolinska Institutet in Svezia. Hanno suscitato un rinnovato interesse per la fusione cellulare. Queste cellule ibride offrono ai biologi una comprensione più profonda di come diversi tipi di citoplasma influenzano la funzione di diversi tipi di nuclei.
Tipi di fusione cellulare
La fusione cellulare può essere divisa in due categorie: omotipica ed eterotipica. La fusione cellulare omotipica avviene quando cellule dello stesso tipo, come gli osteoclasti o le fibre muscolari, si fondono tra loro. Quando i nuclei di due cellule si uniscono, si ottiene una cellula sincariotica. Le cellule eterocariotiche risultanti possono essere riprodotte nel corso di molte generazioni. La fusione cellulare eterotipica avviene tra diversi tipi di cellule e dà luogo a cellule sincariotiche, ad esempio la fusione di cellule derivate dal midollo osseo (BMDC) con cellule di altri organi.
Metodi di fusione cellulare
I biologi cellulari e i biofisici utilizzano attualmente quattro metodi principali di fusione cellulare. Questi metodi includono l'elettrofusione, la fusione di cellule ad arco di alcol polivinilico, la fusione indotta dal virus Sendai e la fusione al plasma termico controllata otticamente di recente sviluppo.
L'elettrofusione rappresenta alcune delle tecnologie più innovative nella biologia moderna.
Il processo di elettrofusione consiste nel mettere in contatto due cellule attraverso l'elettroforesi e quindi applicare una tensione impulsiva per favorire la fusione delle membrane cellulari. L'alcol polivinilico è altamente efficiente, ma la sua tossicità è relativamente elevata. Il virus Sendai induce la fusione a diverse fasi di temperatura e anche l'effetto di fusione in ciascuna fase è diverso. La tecnologia al plasma termico sviluppata di recente consente la fusione cellulare in diverse condizioni tampone, il che offre possibilità completamente nuove per la ricerca.
Applicazione nella terapia umana
Con l'aumento della domanda di trapianti di organi e tessuti, la fusione cellulare sta guadagnando attenzione come potenziale trattamento. I biologi stanno iniziando a esplorare il potenziale ruolo della fusione cellulare nella riparazione dei tessuti dopo un danno. Sebbene le sfide siano molte, se queste difficoltà possono essere superate, il potenziale terapeutico della fusione cellulare non può essere sottovalutato.
Ruolo nelle cellule vegetali
Nelle piante, la frequenza della fusione cellulare è molto inferiore rispetto a quella delle cellule eucariotiche, ma anche le cellule vegetali hanno modalità di fusione uniche. Le pareti cellulari delle cellule vegetali si assottigliano prima di fondersi o formare ponti tra le cellule, e fenomeni simili si verificano anche durante la fusione dei gameti.
Ruolo nella progressione del cancro
La fusione cellulare è diventata un punto focale anche nella ricerca sul cancro. A causa della fusione di molti tipi diversi di cellule, possono essere prodotte cellule poliploidi che possono diventare instabili a causa delle diverse combinazioni di geni che trasportano, portando alla comparsa di malattie. La fusione di cellule derivate dal midollo osseo e cellule tumorali maligne conferisce a queste cellule tumorali una maggiore capacità di diffondersi.
Fusione cellulare nei microrganismi
Nei funghi, nelle amebe e nei batteri, la fusione cellulare assume ciascuno la propria forma specializzata. Ad esempio, nel ciclo sessuale dei funghi, la fusione cellulare (plasmogamia) è il processo di fusione del citoplasma di due cellule.
Altri usi
La tecnologia di fusione cellulare può essere utilizzata per studiare il controllo della divisione cellulare e dell'espressione genetica, esplorare la trasformazione maligna, la replicazione virale e persino produrre anticorpi monoclonali.
Nel complesso, lo sviluppo della fusione tra virus e cellule di Sendai non solo fa avanzare le frontiere della biologia, ma getta anche nuova luce sul potenziale della medicina e della biotecnologia. Essendo un campo sempre più importante, la fusione cellulare porterà cambiamenti rivoluzionari alla salute umana in futuro?
