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Batteri Cyborg, al confine della vita per combattere i tumori

A metà tra naturale e artificiale: un’idea rubata alla fantascienza diventa realtà, in uno studio pubblicato su Science Advances da un gruppo dell’università della California. I ricercatori hanno generato in laboratorio un nuovo tipo di cellule “quasi vive” trasformando un comune ceppo di batteri con un polimero sintetico. Queste “cellule cyborg” non possono duplicarsi, ma in compenso sono straordinariamente resistenti, tanto che riescono ad attraversare l’ambiente ostile dei tumori per somministrare farmaci o distruggere le cellule malate.

Delle cellule vive mantengono inalterate la maggior parte delle funzioni, ma sono più facili da controllare e non rischiano di contaminare inavvertitamente l’ambiente o di proliferare in maniera incontrollata nell’organismo in cui sono iniettate.  

L’alba dei “farmaci viventi”

Tra le terapie più avanzate di cui disponiamo oggi, molte sono “vive”. È la nuova frontiera della medicina, che oltre ai farmaci classici prodotti per sintesi chimica, adesso può contare anche su una nuova classe di agenti terapeutici: non molecole, ma cellule vive, riprogrammate in laboratorio o modificare geneticamente per curare malattie o rigenerare i tessuti.

Le terapie cellulari hanno completamente rivoluzionato il settore oncologico. Una grande novità sono stati i CAR-T, cellule immunitarie estratte dal sangue del paziente, modificate per riconoscere e distruggere le sue cellule tumorali, e poi re-infuse nell’organismo. Nella medicina rigenerativa, invece, sono state le cellule staminali a conquistare la scena, grazie alla loro la capacità unica di autorinnovarsi e differenziarsi in una vasta gamma di cellule più specializzate per colonizzare e sostituire i tessuti danneggiati. Le cellule sono anche un vettore per il trasporto di farmaci o di geni all’interno dell’organismo e uno dei componenti principali di alcuni tipi di vaccini.

Sistemi basati su cellule vive sono ormai entrati a pieno titolo anche in settori diversi da quello biomedico, come il settore ambientale o energetico: alcuni batteri ingegnerizzati sono in grado di rimuovere sostanze tossiche o inquinanti dagli ambienti contaminati e di produrre energia nutrendosi dei rifiuti urbani o industriali.

Un’alternativa: cellule artificiali

Queste terapie di nuova generazione, come qualunque essere vivente, sono versatili e in grado di adattare il loro comportamento agli stimoli che arrivano dal mondo esterno. Allo stesso tempo, però, richiedono strategie particolari per il loro biocontenimento, poiché al contrario dei farmaci prodotti per sintesi chimica, replicano autonomamente. Ad esempio, la versione 2.0 dei CAR-T contiene anche un “gene suicida”, un interruttore che può essere attivato in ogni momento per uccidere  le cellule che proliferano in maniera incontrollata.

Per questo la biologia sintetica, mentre studia come ingegnerizzare le cellule per trasformarle in agenti terapeutici, continua anche a rincorrere il suo personale Sacro Graal: costruire in laboratorio “cellule artificiali” usando materiali sintetici come polimeri o fosfolipidi – micro-macchine che mimano le funzioni biologiche e sono in grado di reagire agli stimoli esterni in maniera simile alle cellule vere.

Queste pseudocellule mantengono alcune funzioni delle controparti reali, ma non sono “vive”. Infatti, non replicano e sono più facili da controllare: possono trasportare farmaci, comunicare con altre cellule, attivare una risposta immunitaria contro i tumori e persino fare la fotosintesi.

Ma nemmeno la copia più fedele potrà mai competere con l’originale: le cellule artificiali non riproducono esattamente la complessità e le funzioni biologiche di una cellula vera né sono in grado di rispondere allo stesso modo agli stimoli ambientali.

La nuova era delle cellule cyborg

Un gruppo del dipartimento di ingegneria biomedica dell’università della California ha intrapreso una terza strada, spingendosi al confine della vita e creando qualcosa che è a metà tra una cellula vivente e una artificiale.

I ricercatori hanno trasformato dei comuni batteri con un idrogel composto da un polimero artificiale chimicamente stabile, generando quelle che loro stessi definiscono “cellule cyborg”. I nuovi batteri non possono più riprodursi, ma mantengono inalterate tutte le altre funzioni. Il meccanismo per cui l’idrogel porta i batteri verso questo nuovo stato di “quasi vita” non è chiaro: il polimero potrebbe interferire con la replicazione del DNA o restringere lo spazio a disposizione della cellula per riprodursi.

Gli esperimenti hanno dimostrato che i batteri cyborg mantengono un’attività metabolica fino a tre giorni (che equivalgono a 150 divisioni cellulari per i batteri naturali). Hanno valutato anche altri parametri, come la fluidità della membrana, la motilità e l’espressione di proteine: i risultati sono stati paragonabili a quelli delle cellule vive.

Terapie contro il cancro (e non solo)

I ricercatori hanno testato i loro batteri come veicoli per il trasporto dei farmaci nei tumori. L’idea non è nuova, anzi, la biologia sintetica già permette di ingegnerizzare i batteri per colonizzare il tessuto tumorale e consegnare i farmaci al suo interno o distruggere direttamente le cellule cancerose. Ma questa versione cyborg, rispetto all’originale, è ancora più resistente all’ambiente ostile del tumore.

Gli scienziati hanno trasferito nei batteri il gene della proteina invasina, che permette loro di invadere le cellule di mammifero, e una sonda fluorescente per visualizzarli facilmente al microscopio. Hanno quindi co-incubato i batteri cyborg armati con l’invasina con due linee di cellule tumorali di neuroblastoma (SH-SY5Y) e di adenocarcinoma (HeLa) in un incubatore per cellule (37°C, 5% CO2) per 4 ore. L’invasione del tessuto tumorale è stata osservata al microscopio. Queste nuove cellule bioniche potrebbero essere usate in futuro anche come trattamenti antibatterici, biosensori e modulatori del microbiota intestinale. I ricercatori la ritengono una “nuova piattaforma per sviluppare applicazioni biotecnologiche”.

I cyborg per metà esseri viventi e per metà macchine, fino a pochi anni fa confinati ai racconti di fantascienza, sono già tra di noi e potrebbero cambiare radicalmente il mondo della medicina (e non solo).

Nota della redazione: il termine cyborg è la contrazione dell’espressione inglese cybernetic organism (organismo cibernetico); è nato negli ambienti della medicina e della mimetica biologica e divenne popolare negli anni ’60 del secolo scorso grazie a due scienziati che lavoravano per la NASA, Clynes e Kline, in riferimento alla loro idea di esseri umani potenziati in modo tale da resistere in ambienti extraterrestri inospitali.
Il termine è stato ed è tuttora molto utilizzato nell’ambito della fantascienza, anche se nel caso dei batteri ibridi è giustificato in quanto siamo di fronte a una rivoluzionaria realtà.

Cover Ph: foto di Mulyadi su Unsplash

Erika Salvatori
Erika Salvatori è una ricercatrice in immunoncologia e una science writer freelance. Con una laurea in Biotecnologie e un Master in Giornalismo Scientifico, è riuscita a coniugare le sue due più grandi passioni: la scienza e la scrittura. La sua attività di ricercatrice la porta a toccare con mano lo sconfinato mondo delle terapie biotecnologiche avanzate e della medicina personalizzata. La giornalista che è in lei non vede l'ora di raccontare quello che impara ogni giorno sul futuro della scienza e della medicina.

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