Frattali per comprendere il sistema immunitario e aiutare la ricerca sulle staminali

Secondo un nuovo studio condotto dal Massey Cancer Center della Virginia Commonwealth University, i pattern che si ripetono in natura conosciuti come frattali potrebbero aiutare gli scienziati a capire meglio come funziona il sistema immunitario e un giorno potrebbero essere usati per contribuire a migliorare i risultati del trapianto di cellule staminali nei pazienti con leucemia e per predire la probabilità di complicanze dopo il trapianto.

Crediti: VCU Massey Cancer Center

Pubblicato sulla rivista Biology of Blood and Marrow Transplantation, lo studio condotto da Amir Toor, ha trovato un modello frattale nelle cellule T di donatori di cellule staminali. Le cellule T individuano e lanciano attacchi contro gli agenti patogeni come batteri, virus o i tumori. Le cellule T sono dotate di piccoli recettori che riconoscono gli antigeni, che sono proteine ​​sulla superficie situate sulle cellule estranee. Una volta che le cellule T incontrano una cellula straniera, l’antigene si inserisce nel recettore della cellula T come una chiave in una serratura attivando la cellula T. Una volta attivate, le cellule T si dividono in molti cloni con i ricevitori progettati per riconoscere e difendersi da tale agente patogeno specifico. Nel corso della vita di una persona, si sviluppano milioni di queste famiglie clonali, che compongono il suo repertorio di cellule T e la proteggono contro le numerose minacce che esistono nel suo ambiente.

“I progressi tecnologici per il sequenziamento hanno solo recentemente permesso agli scienziati di sequenziare il materiale genetico responsabile del repertorio delle cellule T. A prima vista, i dati sembrano un guazzabuglio caotico di informazioni”, spiega Toor, un ematologo del Bone Marrow Transplant Program e ricercatore nel programma Developmental Therapeutics del VCU Massey Cancer Center.

“Tuttavia, se si studia il repertorio di cellule T di una persona attraverso l’analisi dei segmenti di DNA responsabili dei vari tipi di recettori delle cellule T, si inizia a notare un modello frattale in base all’utilizzo del segmento.” Toor e il suo team sperano che queste informazioni diano loro indizi che li aiuteranno a capire meglio il recupero della funzione immunitaria dopo il trapianto di cellule staminali riuscendo a prevedere complicazioni come il rigetto.

Proprio come un bambino può assemblare blocchi di Lego per creare una gamma di diversi modelli, gli esseri umani si sono evoluti in un processo altamente efficiente che garantisce la creazione di una moltitudine di diverse famiglie di recettori delle cellule T. In questo processo, i segmenti di DNA conosciuti come variabile (V), diversità (D) e la giunzione (J), vengono riorganizzati per creare i milioni di famiglie di recettori delle cellule T, o cloni, che il corpo usa per combattere la malattia. Proprio come il modello di ramificazione di un albero è fedelmente replicato dal tronco fino ai suoi estremi rami, le cellule T hanno famiglie che vengono create da segmenti di DNA e si diramano una dall’altra per formare uno schermo che fornisce protezione dalle malattie.

La squadra di Toor ha studiato la frequenza di cloni di cellule T recanti diversi V, D e J nelle cellule staminali dei donatori e dei riceventi dopo il trapianto di cellule staminali. Utilizzando un diagramma circolare disegnato dal ricercatore Jeremy Meier i ricercatori hanno osservato un ordine frattale simile nelle famiglie di recettori delle cellule T dei donatori. Questo ordine era ancora evidente nei donatori di diverse etnie che vivono in continenti diversi. In pazienti che avevano ricevuto un trapianto di cellule staminali, Toor ha scoperto che questo modello era interrotto nei pazienti con una una minore complessità nel loro repertorio di cellule T a tre mesi dal trapianto, seguito da un modesto miglioramento dopo un anno dal trapianto.

“Il tentativo di ripristinare l’ordine frattale del repertorio delle cellule T, ottimizzando il processo di trapianto di cellule staminali potrebbe essere un obiettivo terapeutico prezioso”, spiega Toor. “Inoltre, i nostri risultati forniscono una visione della natura, tale che anche nei sistemi biologici complessi, spogliati di forma fisica, si osserva un’organizzazione matematicamente determinata .”

Toor ed i suoi colleghi hanno in programma di continuare a sequenziare i recettori delle cellule T dei pazienti per imparare di più su come il sistema immunitario recuperi dopo un trapianto di cellule staminali. Il team spera che lo studio possa dare loro preziose informazioni circa l’efficacia in futuro del trapianto di cellule staminali e i rilativi studi clinici di immunoterapia.