Anche nella scienza esistono i cold case, casi irrisolti che vengono archiviati finché non emergono nuove prove promettenti. Così come i metodi di analisi delle impronte genetiche permettono di risolvere vecchi crimini, l’emergere di nuovi modelli cellulari offre agli scienziati l’opportunità di rivisitare domande di ricerca che avevano trovato i loro limiti negli animali.
All’EPFL, il professor Denis Duboule (professore anche al Collège de France di Parigi) ne sa qualcosa. Da oltre 30 anni lavora sul genoma del topo per comprendere i meccanismi fondamentali dell’evoluzione dei mammiferi e ha visto come un’incredibile opportunità la comparsa di "pseudo-embrioni" o embrioni: strutture cellulari coltivate a partire da cellule staminali, con caratteristiche simili a quelle di un embrione in termini di composizione e sviluppo, molto utili per comprendere l’embriogenesi. Tanto che il 15 giugno il suo Developmental Genomics Laboratory ha pubblicato su Nature Genetics il primo studio della sua carriera all’EPFL che non ha utilizzato un modello animale.
Un orologio interno nell’embrione
È necessario un piccolo background: allo stadio embrionale, il corpo dei mammiferi viene prodotto in una sequenza temporale antero-posteriore: prima la testa, poi il resto del corpo, in "fasi" dall’alto verso il basso, con una parte ogni 5 ore negli esseri umani e ogni 90 minuti nei topi. Il laboratorio di Denis Duboule cerca da tempo di capire come i geni architetti che danno identità a questi "stadi" (per esempio, una vertebra cervicale o l’inizio della coda nei topi) possano essere attivati secondo una temporalità molto precisa, attraverso un orologio interno.Nel mio laboratorio usavamo molti animali e sono molto felice di concludere la mia carriera con sistemi alternativi.
Ci siamo sempre chiesti come la natura abbia potuto evolvere un meccanismo che sfrutta la linearità dei filamenti di DNA sovrapponendovi questo sistema di temporizzazione", spiega Denis Duboule. Nei topi è come un transistor che invia un segnale ogni 90 minuti. Abbiamo trascorso 25 anni usando gli animali per cercare di capire questo meccanismo". Il problema è che questo meccanismo entra in gioco in un periodo dello sviluppo estremamente difficile da raggiungere per i ricercatori, poiché segue l’impianto dell’embrione nella mucosa uterina. È molto piccolo e gli embrioni non si trovano ancora nell’utero in questa fase, quindi non siamo mai stati in grado di trovare materiale omogeneo per vedere cosa succedeva".
Questo fino alla comparsa, circa dieci anni fa, di questi famosi embrioni che, va sottolineato, non possiedono le caratteristiche necessarie per svilupparsi in un organismo completo e quindi vivente. Hocine Rekaik, ricercatore del laboratorio di Denis Duboule e primo autore dello studio pubblicato la scorsa settimana, ha potuto utilizzarli e arricchirli per ottenere la parte cellulare che produce questi "stadi", un modello altamente semplificato ma comunque vicino alla realtà. "Sul DNA, la proteina CTCF, che è una sorta di bloccante, ritarda l’attivazione del gene Hox situato dietro di essa. La pressione che avvia il messaggio di attivazione è fornita da un complesso di proteine chiamate coesine". Hocine è stato in grado di realizzare animazioni che mostrano tutto questo a livello di cromatina (la struttura che contiene il DNA), cosa generalmente impossibile perché in un embrione reale, col passare del tempo, il sistema diventa sempre più complesso ed eterogeneo. In questi embrioni, le cellule sono così concentrate nella parte posteriore che è molto più omogenea. È possibile vedere la dinamica del meccanismo", continua Denis Duboule.
Metodi promettenti
Il professore, che si rallegra per lo sviluppo di un modello estremamente utile per la sua ricerca, relativamente semplice e veloce da usare e più economico del modello animale, confida il suo sollievo per essere riuscito a fare a meno dei topi. "Nel mio laboratorio usavamo molti animali e sono molto felice di concludere la mia carriera con sistemi alternativi. Sono ancora convinto che non si possa fare a meno degli animali per la ricerca di base, ma ci sono alcune aree in cui si stanno sviluppando metodi promettenti. Stiamo entrando in una nuova era in cui è possibile riprodurre in vitro situazioni biologiche così vicine alla realtà che non sarà necessariamente necessario, in alcuni casi, tornare all’animale. A mio avviso, molti gruppi di ricerca fondamentale potranno fare a meno degli animali nel medio termine".I cosiddetti metodi alternativi, come gli organoidi - microtessuti multicellulari derivati da cellule staminali e progettati per imitare la struttura e la funzionalità di alcuni organi umani - sono sempre più utilizzati da numerosi gruppi di ricerca dell’EPFL. Rivoluzionari nella ricerca fondamentale, per questioni molto precise di comprensione dei meccanismi, raggiungono i loro limiti quando gli scienziati cercano di visualizzare l’effetto di una molecola sul sistema, ad esempio nell’ambito dello sviluppo di terapie, per le quali il modello animale rimane indispensabile.
