Electroporation outcomes in human Jurkat cells are affected by exposure to simulated microgravity
L'esposizione alla microgravità simulata riduce l'efficienza dell'elettroporazione nelle cellule umane Jurkat di circa il 31% a causa della riorganizzazione del citoscheletro, specificamente l'ispessimento dell'actina corticale, che può essere parzialmente invertito destabilizzando l'F-actina.
Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA di un preprint non sottoposto a revisione paritaria. Non è un consiglio medico. Non prendere decisioni sulla salute basandoti su questo contenuto. Leggi il disclaimer completo
Immaginate un futuro in cui gli astronauti che coltivano cibo o medicinali nello spazio non abbiano bisogno di trasportare ogni singolo ingrediente dalla Terra. Invece, potrebbero trasportare una biblioteca di istruzioni genetiche e utilizzare l'ambiente locale per costruire ciò di cui hanno bisogno, proprio lì sulla nave. Questo concetto, noto come biofabbricazione in orbita, si basa sulla capacità di prendere cellule viventi e programmarle per produrre specifiche proteine o molecole. Per farlo, gli scienziati utilizzano spesso una tecnica chiamata elettroporazione. Pensatela come un'apertura temporanea e controllata della pelle esterna di una cellula tramite un breve impulso elettrico. Questa apertura permette al nuovo materiale genetico di scivolare all'interno, trasformando la cellula in una minuscola fabbrica. Sebbene questo funzioni bene sulla Terra, lo spazio è un luogo molto diverso. La quasi assenza di peso in orbita cambia il modo in cui le cellule si comportano, come si muovono e come le loro strutture interne si reggono tra loro. Se le regole della biologia cambiano nello spazio, gli strumenti che usiamo per programmare quelle cellule potrebbero smettere di funzionare come previsto.
Un team di ricercatori si è messo in viaggio per testare esattamente questa domanda utilizzando cellule immunitarie umane note come cellule Jurkat. Volevano vedere se le strane condizioni dello spazio, o una sua stretta simulazione, avrebbero cambiato la capacità di queste cellule di accettare nuove istruzioni genetiche. Gli scienziati hanno posto le cellule in un contenitore rotante speciale progettato per simulare la sensazione di assenza di peso sulla Terra. Hanno lasciato che le cellule fluttuassero in questo ambiente simulato per due ore e poi le hanno sottoposte agli impulsi elettrici utilizzati per l'elettroporazione. I risultati sono stati chiari e coerenti: le cellule che erano state in fluttuazione nella simulazione dell'assenza di peso erano molto più difficili da programmare. Quando i ricercatori hanno cercato di spingere un piccolo colorante fluorescente all'interno delle cellule, le cellule in assenza di peso ne hanno assorbito circa il venti per cento in meno rispetto alle cellule rimaste in gravità normale. Quando hanno provato a inserire un pezzo di DNA per far brillare le cellule di verde, il tasso di successo è sceso del trentuno per cento. Fondamentalmente, le cellule non stavano morendo; stavano solo rifiutando di lasciare entrare il nuovo materiale con la stessa facilità delle loro controparti terrestri.
Per capire perché questo stesse accadendo, i ricercatori hanno guardato dentro le cellule, alla loro impalcatura interna. Le cellule non sono solo sacchi di liquido; hanno una struttura fatta di fibre proteiche chiamate actina che conferisce loro forma e forza. In condizioni di gravità normale, queste fibre sono disposte in un certo modo. Ma dopo sole due ore in assenza di peso simulata, le cellule erano cambiate. Si erano espanse, diventando più grandi e piatte, e lo strato di fibre di actina appena sotto la loro pelle esterna era diventato visibilmente più spesso. È come se le cellule avessero costruito un muro più denso e resistente intorno a sé in risposta alla mancanza di gravità. Questo muro ispessito sembrava essere la barriera che bloccava l'efficacia degli impulsi elettrici nel svolgere il loro compito.
Il team ha poi testato se fosse possibile invertire questo effetto utilizzando farmaci per manipolare direttamente le fibre di actina. Quando hanno trattato le cellule con una sostanza che incoraggiava le fibre di actina a costruirsi e ispessirsi, le cellule si sono comportate esattamente come quelle nella simulazione di assenza di peso: sono diventate più difficili da programmare. Al contrario, quando hanno usato un farmaco diverso per scomporre le fibre di actina durante la simulazione dell'assenza di peso, le cellule sono diventate leggermente più facili da programmare, sebbene il miglioramento fosse piccolo e non statisticamente perfetto. Ciò ha confermato che la riorganizzazione dello scheletro interno della cellula era la ragione principale per cui gli impulsi elettrici erano meno efficaci. Le cellule si erano adattate al loro ambiente rinforzando la propria struttura, e questo rinforzo finiva per bloccare proprio il processo che gli scienziati avevano bisogno di utilizzare.
Questi risultati suggeriscono che il successo della futura produzione nello spazio dipenderà dalla comprensione di come le cellule si adattano fisicamente all'assenza di peso. I ricercatori hanno scoperto che, sebbene le cellule rimanessero sane e vive, la loro capacità di accettare nuove istruzioni genetiche era significativamente ostacolata dai cambiamenti nella loro struttura interna. Lo studio non ha riscontrato che le cellule diventassero più resilienti agli shock elettrici, come suggerito da precedenti lavori con il lievito; invece, sono semplicemente diventate più resistenti nel lasciar entrare nuovo materiale. Gli scienziati hanno osservato che la loro simulazione a terra non è una copia perfetta dello spazio, poiché non può eliminare tutti i movimenti dei fluidi o tenere conto delle radiazioni cosmiche, ma i risultati sono stati sufficientemente forti da mostrare un modello chiaro. Il lavoro evidenzia che, mentre guardiamo alla costruzione di fabbriche in orbita, dobbiamo tenere conto del fatto che le macchine viventi che useremo cambieranno forma e forza nel momento in cui lasceranno la Terra, e questi cambiamenti influenzeranno direttamente il modo in cui possiamo controllarle.
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