Rigenerazione degli arti: l’acido retinoico apre nuove vie

L’axolotl, la salamandra messicana acquatica è un animale in via di estinzione, cosa che dovremmo evitare perché si tratta di una specie dotata di straordinarie capacità nel campo della rigenerazione biologica essendo capace di rigenerare i propri arti.

Se questa creatura perde una zampa, essa è capace di ricrearne una nuova, perfettamente funzionante, completa di piede e tutte e quattro le dita. In poche settimane o mesi, arti, muscoli, pelle e nervi si riformano con una precisione identica all’arto originale.

Questa abilità non è unica dell’axolotl, ma è posseduta in misura diversa da molte altre specie di anfibi, rettili e pesci, portando a un’antica domanda: come fanno queste creature a sangue freddo a compiere tali prodigi?

Il mistero della rigenerazione degli arti e le sue radici storiche

La capacità di alcune specie di rigenerare gli arti, mentre altre no, rappresenta uno dei più antichi enigmi della biologia, come evidenziato da James Monaghan, biologo dello sviluppo alla Northeastern University. Già oltre 2.400 anni fa, Aristotele osservava la capacità delle lucertole di far ricrescere la coda, segnando una delle prime documentazioni del fenomeno. Dal XVIII secolo, un gruppo dedicato di biologi si è impegnato a risolvere questo mistero, animato dalla speranza che la comprensione della rigenerazione animale possa portare a trattamenti medici rivoluzionari per gli esseri umani, permettendo ai nostri corpi di emulare le straordinarie capacità degli axolotl.

Sebbene possa sembrare un concetto da fantascienza, Monaghan e altri ricercatori nel suo campo nutrono la ferma convinzione che un giorno gli esseri umani possano essere in grado di far ricrescere arti interi dopo un’amputazione. Dopo un lungo periodo di studi, gli scienziati si stanno avvicinando a questo obiettivo. Monaghan e il suo team di specialisti in rigenerazione hanno recentemente identificato un percorso molecolare fondamentale che contribuisce alla mappatura degli arti durante la ricrescita. Questo meccanismo assicura che le cellule dell’axolotl “sappiano” come riassemblarsi nella stessa disposizione spaziale dell’arto originale.

Utilizzando salamandre fosforescenti geneticamente modificate, i ricercatori hanno analizzato il ruolo cruciale di una sostanza chimica, l’acido retinoico, una forma di vitamina A e l’ingrediente attivo del farmaco anti-acne isotretinoina (comunemente noto come Accutane). Questa scoperta apre nuove prospettive sulla comprensione e, potenzialmente, sull’applicazione dei meccanismi di rigenerazione.

Il ruolo cruciale dell’acido retinoico nella rigenerazione degli arti dell’axolotl

Secondo un nuovo studio, la concentrazione di acido retinoico lungo il gradiente di un arto in via di sviluppo è il fattore determinante per la corretta posizione dei segmenti di piede, articolazione e zampa nell’axolotl. Queste concentrazioni sono strettamente controllate da una singola proteina, anch’essa identificata in questa ricerca, e, a loro volta, innescano un effetto a cascata su una serie di altri geni, orchestrando l’intero processo rigenerativo.

Catherine McCusker, biologa dello sviluppo presso l’Università del Massachusetts di Boston, ha sottolineato l’importanza di questa scoperta, affermando che “si tratta di una domanda che da sempre affascina i biologi dello sviluppo e della rigenerazione: come fa il tessuto in rigenerazione a sapere e a creare il modello di ciò che manca esattamente?“.

I risultati sono “entusiasmanti“, ha aggiunto, perché dimostrano come anche i bassi livelli di acido retinoico, naturalmente presenti nei tessuti delle salamandre, possano avere un impatto significativo sulla formazione degli arti. Studi precedenti avevano esplorato il ruolo di questa molecola derivata dalla vitamina A, ma generalmente a dosaggi artificialmente elevati. Il nuovo studio, invece, evidenzia la rilevanza dell’acido retinoico a concentrazioni normali e fisiologiche.

Identificando il meccanismo di regolazione dell’acido retinoico e gli effetti a valle di questo composto nella cascata molecolare, James Monaghan e i suoi colleghi hanno “scoperto qualcosa che è piuttosto a monte” nel processo di rigenerazione degli arti, come afferma McCusker. Comprendere questi passaggi iniziali è fondamentale per decifrare l’intero processo rigenerativo. Una volta che la sequenza chimica e genetica completa che innesca la rigenerazione sarà pienamente nota, le applicazioni biomediche diventeranno molto più praticabili.

McCusker si dichiara fiduciosa, affermando: “Credo davvero che riusciremo a capire come rigenerare gli arti umani. Credo sia solo questione di tempo“. Nel frattempo, le scoperte potrebbero anche potenziare la nostra capacità di curare il cancro, che in alcuni aspetti può comportarsi in modo simile alla rigenerazione dei tessuti, o migliorare significativamente la guarigione di ferite e ustioni.

Acido retinoico e la morfogenesi degli arti

Secondo la nuova ricerca, concentrazioni più elevate di acido retinoico segnalano al corpo dell’axolotl la necessità di proseguire la crescita in lunghezza delle zampe, mentre concentrazioni più basse indicano il momento opportuno per la formazione del piede. Un eccesso di acido retinoico può, tuttavia, provocare la ricrescita di un arto deforme ed eccessivamente lungo, caratterizzato dall’assenza di segmenti e articolazioni tipiche di una zampa ben formata, compromettendo l’agilità del movimento dell’axolotl.

Una proteina in particolare si è rivelata fondamentale per stabilire la corretta concentrazione di acido retinoico. Monaghan ha affermato: “Abbiamo scoperto che è essenzialmente un singolo enzima, chiamato CYP26b1, a regolare la quantità di tessuto che si rigenera”. CYP26b1 è responsabile della scomposizion dell’acido retinoico; pertanto, quando il gene che produce questa proteina viene attivato, le concentrazioni di acido retinoico diminuiscono, creando le condizioni ottimali per la formazione di piedi e dita.

Almeno altri tre geni, vitali per la mappatura degli arti e la formazione ossea, sembrano essere direttamente controllati dalle concentrazioni di acido retinoico. Di conseguenza, alterazioni in tali concentrazioni portano a un’espressione genica anomala, risultando in arti con segmenti accorciati, sezioni ripetute, sviluppo osseo limitato e altre deformazioni.

Nonostante questi progressi significativi, è probabile che trascorreranno ancora decenni prima che gli amputati umani possano recuperare i propri arti. Attualmente, le scoperte principali rientrano prevalentemente nell’ambito della scienza fondamentale, come sottolineato da Catherine McCusker. Raggiungere l’obiettivo ultimo di potenziare le capacità rigenerative umane richiederà “un enorme investimento e un po’ di fiducia“. Tuttavia, ogni trattamento medico di cui disponiamo oggi è stato costruito in modo analogo su questi elementi fondamentali.

“Dobbiamo ricordarci di continuare a investire in questi studi di biologia di base“. Senza tale impegno continuo, la visione di un futuro più interessante, in cui gli arti delle persone possano guarire da gravi lesioni, rimarrà un obiettivo irraggiungibile.

Lo studio è stato pubblicato su Nature Comunications.