I ricercatori della Tufts University hanno per la prima volta dimostrato la possibilità di alterare lo sviluppo di un embrione agendo sul voltaggio della membrana delle cellule che lo compongono. Per semplicità, hanno fatto crescere un occhio sulla coda di un embrione di rana Xenopus.

"L'ipotesi è che per ogni struttura del corpo ci sia un voltaggio specifico delle membrane cellulari che guida l'organogenesi" spiega Vaibhav P. Pai, primo autore della ricerca. "Queste cellule si trovavano in regioni in cui non si credeva si potessero sviluppare degli occhi. Questo suggerisce che cellule di qualunque zona del corpo possano essere guidate per formare un occhio".

I ricercatori hanno agito sul voltaggio della membrana delle cellule che compongono la coda di alcuni girini del genere Xenopus, rendendolo identico a quello riscontrato nelle cellule che in queste rane contribuiscono alla formazione di un occhio.

Pai ed il suo team volevano comprendere come le cellule utilizzino i loro segnali elettrici naturali per comunicare con le altre durante il processo di creazione degli organi.

Le ricerche precedenti si erano già concentrate sulle rane Xenopus, scoprendo che la fitta rete di comunicazione elettrica che si instaura tra le cellule degli embrioni è indispensabile per il corretto sviluppo del "viso" dei girini.

Alcuni gruppi di queste cellule contribuiscono alla formazione degli occhi esprimendo geni chiamati EFTF (Eye Field Transcription Factors). Queste cellule hanno una membrana iperpolarizzata coinvolta direttamente nella realizzazione del cristallino e della retina, e si pensa che questa particolare polarizzazione inneschi l'espressione dei geni EFTF dando il via alla formazione di un occhio.

Controllando questa particolare polarizzazione della membrana cellulare, quindi, sarebbe possibile attivare particolari geni in cellule generalmente adibite alla costruzione di altri organi.

I primi esperimenti di questa ricerca si sono concentrati sull'alterazione della membrana di cellule della testa. Il cambiamento di voltaggio ha creato individui anormali, con occhi deformi o addirittura nessun occhio.

Successivamente, i biologi della Tufts hanno dimostrato di poter controllare l'incidenza di occhi anormali manipolando il voltaggio delle cellule degli embrioni. "Le deformità erano proporzionali alla portata della depolarizzazione" afferma Pai. "Abbiamo sviluppato delle tecniche per innalzare o abbassare il voltaggio allo scopo di controllare l'espressione genetica".

I risultati migliori sono stati ottenuti manipolando le cellule della coda e del dorso, ma i ricercatori stanno effettuando gli stessi esperimenti anche su cervello, colonna vertebrale e arti.

Si tratta sostanzialmente di una riprogrammazione genetica del tutto nuova che apre la strada a nuove soluzioni in campo biomedico: in futuro, potrebbe essere possibile far crescere organi artificiali agendo principalmente sul voltaggio delle membrane cellulari.

"Questi risultati ci mostrano un nuovo regolatore della formazione degli occhi durante lo sviluppo, e suggerisce nuovi approcci per il rilevamento e la riparazione dei difetti di nascita che colpiscono il sistema visivo" afferma Michael Levin, professore di biologia della Tufts University. "A parte le applicazioni di questa tecnica nella medicina rigenerativa degli occhi, questo è il primo passo per decifrare il codice bioelettrico".