Bioingegneria cellulare e dei tessuti

La rigenerazione dei tessuti negli animali

Ci sono alcuni animali in grado di rigenerare i propri tessuti anche quando non hanno un volume sufficiente per rigenerare il tessuto. Supponiamo ci sia un danno ad uno dei nostri tessuti: se questo danno mantiene l'organizzazione tissutale, le cellule staminali sono in grado di rigenerare il tessuto e ripristinarne la funzione; se crescerà, perché non c'è fisicamente una guida che indichi alle cellule staminali di ricreare il tessuto.

Nel caso in cui, ad esempio, amputiamo una gamba, questa non permette alle cellule staminali di ricreare il tessuto. Nella salamandra, dopo l'amputazione dell'arto, osserviamo la proliferazione di alcune cellule: si tratta di cellule staminali di diverso tipo. Le cellule staminali riescono a lavorare anche grazie alla presenza di cellule di supporto; si tratta di cellule già completamente differenziate, che aiutano le cellule staminali a muoversi, migrare, proliferare e differenziare nel tipo tissutale di interesse. La cosa più incredibile non è solo vedere

congenito, chirurgico).

Definizione di cellule staminali

Sono due gli aspetti che le definiscono:

• Capacità di self-renewal, ovvero autoreplicarsi nelle loro caratteristiche di staminalità; una cellula staminale deve poter dar vita ad un'altra cellula figlia, staminale
• Capacità di differenziare, ossia acquisire un particolare fenotipo (=insieme delle caratteristiche biologiche e funzionali) di una specifica tipologia cellulare cellule somatiche

Ci sono varie tipologie di cellule staminali. La cellula staminale per eccellenza è quella embrionale, ma abbiamo cellule staminali anche in fase fetale e nella fase dell'adulto (dopo la nascita, individuo completamente formato).

A seconda dello stadio di sviluppo, le cellule staminali che caratterizzano quello stadio hanno delle proprietà diverse.

• Totipotenti, in grado di differenziare in qualsiasi tipologia cellulare, sono in grado anche di generare le staminali embrionali

cellula completamente differenziata

Cromatina: materiale genetico quando non è suddiviso in cromosomi. La disponibilità all'arrivo degli enzimi necessari alla trascrizione dei geni, come spazio sterico, dipende dallo stato di metilazione della cromatina: più il DNA è metilato, meno accesso c'è, e quindi la cellula è incapace di attivare una trascrizione che è relativa solo ad un set di geni, e che quindi la identifica in maniera molto più precisa.

Costruzione della struttura base dell'organismo

Le cellule da sole sarebbero delle entità sparse, nemmeno in grado di comunicare tra loro, se non ci fosse la matrice extracellulare. Un tessuto è costituito da cellule, organizzate al suo interno grazie all'ambiente matrice extracellulare, in particolare all'ECM, che crea un vero e proprio scaffold in cui le cellule possono stabilmente permanere ed interagire.

La matrice extracellulare è un insieme di

La matrice extracellulare è composta da una varietà di componenti proteici e non proteici che viene prodotta e secreta dalle cellule stesse. Una cellula è in grado di modificare il suo ambiente extracellulare andando a modificare la secrezione di ECM. Una volta secreta nello spazio extracellulare, essa viene rimodellata e riorganizzata a formare fibrille o un network. Questa matrice così deposita non è inerte, è in grado di dare una serie di informazioni alle cellule, attraverso una serie di diverse caratteristiche, tra cui anche la composizione stessa: a seconda dei tipi di proteine che ci sono all'interno, le cellule riceveranno dei segnali dall'ECM che vengono trasformati in segnali biochimici all'interno della cellula e faranno sì che la cellula attivi un certo pathway di trascrizione genica. La matrice extracellulare può essere modellata da alcuni enzimi, chiamati metalloproteasi (proteasi=cleavage/taglio delle proteine). Queste proteasi sono in grado di demolire la matrice; la

l'organizzazione una forte connessione delle attività migratorie della cellula. C'è tra lo spazio extracellulare ed il citoscheletro, attraverso degli specifici recettori transmembrana. I recettori (nel video sono mostrate le integrine) sono in grado di interagire con molecole e complessi molecolari, che l'integrina assume; la sua conformazione dipende dal tipo di matrice extracellulare che lega. L'integrina lega una proteina → → → Rapporti di causa-effetto: cambia conformazione messaggio alla cellula la cellula attiva un determinato pathway cellulare. La matrice extracellulare è una percentuale molto elevata del nostro corpo. Il 30% delle proteine del corpo umano è costituito da collagene. Questi sistemi interagiscono in maniera molto complessa tra loro, e queste indagini e studi sono ad oggi elementi che vanno approfonditi dai ricercatori. Le glicoproteine contengono catene di zuccheri.

quindi sono proteine che sulla loro catena hanno legati degli zuccheri.

La composizione della matrice extracellulare dipende dal tipo di tessuto e cellula. Esempio: muscolo. Le miofibre sono circondate dalla matrice, che consente il movimento sincrono delle stesse, la generazione della contrazione e della forza. Le fibre muscolari sono in grado di contrarsi in maniera volontaria grazie all'azione dei neuroni; questi hanno il proprio corpo cellulare nel midollo spinale e hanno degli assoni lunghi che raggiungono ogni muscolo del corpo (raggiungono la cellula muscolare e la innervano). Il punto di contatto tra il muscolo e la terminazione nervosa è noto come giunzione neuromuscolare. Il muscolo è attaccato anche alle ossa, la porzione che lega il muscolo alle ossa è detta miotendinea. Se andiamo a valutare tutti questi

dell'ECM rigido dell'osso umano. Questa diversità nella composizione dell'ECM in diversi tessuti crea proprietà particolari in base al loro ruolo e funzione unici. La matrice extracellulare può essere coinvolta nella comunicazione cellulare. È stato dimostrato che anche l'interazione tra le cellule e l'ECM ha un impatto intracellulare. Ad esempio, le forze sulle molecole di integrina transmembrana possono provocare l'attivazione della rete di actomiosina intracellulare. Questo può promuovere la migrazione cellulare, la divisione e altre risposte cellulari. Alcune di queste risposte includono cambiamenti nell'espressione genica e cascate di segnalazione cellulare. Allo stesso modo, l'integrina può comunicare informazioni intracellulari all'esterno della cellula. Inoltre, l'ECM è noto per legare le molecole di segnalazione, che possono essere rilasciate in seguito alla degradazione dell'ECM.