Vi ricordate del film Highlander, dove guerrieri immortali combattono tra di loro e risorgono ogni volta che sembrano soccombere? Nel nostro mondo, i veri “Highlander” sono minuscole creature di un decimo di millimetro che popolano la Terra da circa 500 milioni di anni, i tardigradi. Sono stati spediti nello spazio, lanciati in camere di disidratazione, esposti a radiazioni estremamente intense, eppure sono sempre tornati vivi.
Gli scienziati, che sembrano quasi non vedere l'ora di “torturare” questi esserini sottoponendoli a ogni genere di peripezie, non sono dei sadici: il loro scopo è studiare i meccanismi biologici che permettono ai tardigradi di sopravvivere a condizioni estreme, con l'obiettivo di applicarli alla medicina umana.
Recentemente, un team di ricercatrici e di ricercatori del MIT, dell'ospedale Brigham and Women’s e dell'Università dell'Iowa ha pubblicato uno studio su Nature Biomedical Engineering, esplorando come la proteina Dsup dei tardigradi potrebbe proteggere le cellule umane durante la radioterapia, riducendo così i danni da radiazioni nei pazienti oncologici.
La radioterapia: un’arma contro i tumori
Circa la metà delle persone che contraggono una malattia tumorale vengono trattate con la radioterapia, spesso in combinazione con chirurgia o chemioterapia.
Questo trattamento, non invasivo e indolore, sfrutta fasci di radiazioni ionizzanti o fasci di particelle ionizzanti per danneggiare il DNA delle cellule tumorali. Nel tumore, infatti, i meccanismi di riparazione del DNA, che proteggono le cellule normali dai danni da radiazioni, sono meno efficienti, provocando la morte per necrosi.
La radioterapia è un trattamento localizzato, che mira a colpire il tumore limitando la dose di radiazioni ai tessuti sani. Tuttavia, non è priva di rischi: può causare effetti collaterali come irritazioni cutanee, affaticamento e danni agli organi o tessuti circostanti.
Tardigradi: gli highlander della natura
I tardigradi, o “orsi d'acqua”, sono grandi quanto la capocchia di uno spillo, possiedono una testa e un corpo organizzato in quattro segmenti, ciascuno dotato di un paio di zampe. A rendere i tardigradi così speciali è la loro straordinaria capacità di sopravvivere a condizioni estreme, letali per la maggior parte degli esseri viventi. Tanto per citarne qualcuna, possono vivere a temperature comprese tra i 150°C e -200 °C e resistere a pressioni elevatissime, fino a 600 megapascal (l’equivalente di 6000 volte la pressione dell’atmosfera a livello del mare).
Ma come si dice, da grandi poteri derivano grandi responsabilità. Da quando gli scienziati hanno scoperto l’esistenza dei tardigradi, continuano a cercare di ucciderli, senza successo: finora sono stati bolliti, congelati, essiccati, esposti a radiazioni cosmiche e sparati nello spazio senza luce e ossigeno. Eppure, questi piccoli highlander sono (quasi) sempre sopravvissuti.
Nel 2007, uno dei più noti esperimenti scientifici ha visto il lancio di tardigradi nello spazio, durante una missione spaziale della NASA. Esposti a un ambiente privo di atmosfera e con livelli di radiazioni cosmiche ben oltre i limiti di sopravvivenza di altri organismi, gli “orsetti” sono riusciti a sopravvivere e riprodursi al ritorno sulla Terra.
Nel 2014 un team di ricercatori giapponesi è riuscito a rianimare dei tardigradi che erano rimasti congelati per 30 anni. Di questi esemplari, raccolti in Antartide negli anni ’80, uno è riuscito addirittura a riprodursi.
In un altro esperimento, i ricercatori hanno esposto i tardigradi a radiazioni gamma a intensità molto elevate, simili a quelle emesse da un reattore nucleare o da una bomba atomica. Una dose di radiazioni simile sarebbe letale per un essere umano, ma i tardigradi riescono a entrare in uno stato di sospensione metabolica chiamata “criptobiosi” che li rende resistenti a danni cellulari.
È questo apparentemente il segreto della sua sopravvivenza. In condizioni ostili i tardigradi possono rallentare il metabolismo ed espellere tutta l’acqua, appallottolarsi su se stessi ed entrare in questa sorta di ibernazione che permette loro di sopravvivere.
Dsup, la proteina scudo dei tardigradi
In questo periodo di dormienza, specifiche sostanze proteggono le cellule e il DNA da eventuali danni, così che dopo il lungo sonno il tardigrado è in grado di ritornare alla propria vita come se nulla fosse successo.
Una di queste è la proteina Dsup, che agisce come una sorta di "scudo molecolare", impedendo che il DNA si rompa o si danneggi in modo irreversibile.
Le ricercatrici e i ricercatori hanno trasferito questa protezione naturale dalle radiazioni nelle cellule umane, sfruttando la tecnologia dell’mRNA, già ampiamente utilizzata nei vaccini contro il COVID-19 e ora in grado di rivoluzionare anche la terapia genica, perché potenzialmente più sicura ed efficace del DNA. Grazie all’utilizzo di particelle lipidiche, veicoli per trasportare l'mRNA all’interno delle cellule, le scienziate e gli scienziati possono istruire temporaneamente le cellule del paziente a produrre proteine terapeutiche, senza causare modifiche permanenti del genoma.
Lo studio: risultati e prospettive future
Nello studio pubblicato su Nature Biomedical Engineering, le ricercatrici e i ricercatori hanno introdotto l'mRNA che codifica per la proteina Dsup nelle cellule di mammifero, mostrando una significativa riduzione dei danni al DNA indotti dalle radiazioni. In effetti, le cellule trattate con la proteina Dsup hanno mostrato una riduzione del 50% nelle rotture del DNA a doppio filamento, un indicatore di danno cellulare grave.
Questi risultati, sebbene ancora preliminari, offrono una nuova prospettiva per migliorare la radioterapia. L’introduzione di una protezione simile a quella dei tardigradi potrebbe ridurre gli effetti collaterali della radioterapia, offrendo ai pazienti oncologici un trattamento più mirato e con meno danni ai tessuti sani.
Imparare la resilienza
La resistenza dei tardigradi potrebbe essere applicata anche in altre aree, come la conservazione di cellule o tessuti per lunghi periodi. La capacità di sopravvivere in condizioni di disidratazione estrema senza riportare danni al DNA potrebbe ispirare nuove tecnologie per migliorare la conservazione di cellule staminali o altri tipi di cellule terapeutiche.
Comprendere il segreto dell’immortalità dei tardigradi potrebbe avere benefici anche nella medicina spaziale, migliorando la protezione degli astronauti da radiazioni cosmiche durante lunghe missioni nello spazio, come quelle previste per Marte.
Decifrando i meccanismi alla base della loro resistenza, potremmo rendere anche l’essere umano più resiliente alle malattie e alle condizioni estreme.