Una nuova dimensione del trapianto

Così come il corpo umano può essere diviso in diversi organi - come il cuore, i polmoni, i reni, l'intestino o il fegato - anche le nostre cellule sono composte da diversi sistemi complementari e interdipendenti, che vengono chiamati organelli (cioè piccoli organi). E così come la vita di una persona affetta da malattie renali può talvolta essere prolungata di diversi decenni con il trapianto di un rene sano, le singole cellule potrebbero forse un giorno essere rinfrescate con il trapianto di componenti cellulari.

Con l'aiuto di una nanosiringa

I nuovi risultati del gruppo di ricerca di Julia Vorholt dell'Istituto di microbiologia dell'ETH di Zurigo dimostrano che questo esperimento di pensiero non è solo una chimera, ma è entrato nel campo della fattibilità tecnica. Come gli scienziati hanno appena pubblicato sulla rivista scientifica PLos Biology hanno trapiantato mitocondri da una cellula vivente a un'altra utilizzando una nanosiringa precedentemente sviluppata.

I processi biochimici della respirazione cellulare, sviluppatisi nei batteri più di due miliardi di anni fa, hanno luogo in queste minuscole centrali elettriche cellulari. In seguito, alcuni batteri hanno formato una stretta comunità con altre cellule, la cosiddetta endosimbiosi. Questa ha un ruolo centrale nella storia filogenetica della vita sulla Terra: è stata questa a permettere lo sviluppo di funghi, piante e animali (compresi noi esseri umani), che sono tutti costituiti da cellule complesse.

Quando i fili si trasformano in fili di perle

I mitocondri si sono evoluti nel corso del tempo da antichi batteri: Sono gli organelli responsabili della produzione di energia nelle cellule complesse di oggi. Nelle cellule umane, i mitocondri formano una rete dinamica simile a un filo. "I fili reagiscono alla pressione negativa e si trasformano in una sorta di filo di perle da cui si separano i singoli mitocondri", spiega Christoph Gäbelein, primo autore dell'articolo.

Utilizzando nanopipette cilindriche con estremità angolate, sviluppate appositamente per questo studio, i ricercatori hanno perforato la membrana cellulare - e aspirato i mitocondri sferici. Poi hanno perforato la membrana di un'altra cellula e hanno pompato i mitocondri fuori dalla nanopipetta nella cellula ricevente.

La posizione della nanopipetta è controllata dalla luce laser di un microscopio a forza atomica convertito. Un regolatore di pressione regola il flusso di liquido. Ciò consente di spostare volumi inimmaginabili nell'ordine dei femtolitri (milionesimi di milionesimo di millilitro) durante il trapianto di organi. "Sia le cellule del donatore che quelle dell'accettore sopravvivono a questa procedura minimamente invasiva", afferma Gäbelein.

Ringiovanimento delle cellule

Chi siamo, l'80% dei mitocondri trapiantati sopravvive all'operazione. Nella maggior parte delle cellule, i mitocondri iniettati iniziano a fondersi con la rete filamentosa della nuova cellula dopo venti minuti. "Vengono accettati dalla cellula ospite", afferma Julia Vorholt. Solo in alcune cellule sono vittime del controllo di qualità delle nuove cellule ospiti e vengono degradati.

"In futuro, la tecnologia qui presentata consentirà applicazioni in diverse aree di ricerca", scrivono i ricercatori. È ipotizzabile, ad esempio, che possa essere utilizzata per ringiovanire le cellule staminali la cui attività metabolica diminuisce con l'avanzare dell'età. Tuttavia, il team di Vorholt ha altri progetti. "Vogliamo capire i processi che controllano la cooperazione tra i diversi compartimenti cellulari e comprendere come le endosimbiosi si evolvono nel tempo", afferma Vorholt.