Tutto nasce da uno studio che Eldad Tzahor e Tamar Eigler, ricercatori del Molecular Cell Biology Department del Weizmann Institute of Science, stavano conducendo per comprendere i processi che concorrono alla riparazione del tessuto muscolare. Osservando al microscopio il comportamento delle cellule staminali muscolari in coltura, in uno degli esperimenti l’esito è stato sorprendente: le cellule avevano iniziato a fondersi in minuscole fibre che si erano poi addensate e in poche ore si erano trasformate in grandi fibre muscolari simili a quelle della carne intera.
Per comprendere la catena di eventi molecolari che avevano indotto questa trasformazione, Tzahor ed Eigler hanno collaborato con Ori Avinoam del Biomolecular Sciences Department.
Questa la loro tesi.
Quella catena di eventi inizia con l’esposizione delle cellule staminali muscolari, chiamate mioblasti, a una piccola molecola che blocca un enzima chiamato ERK. Il blocco fa sì che queste cellule inizino a differenziarsi e a fondersi in minuscole fibre e porta all’attivazione di un altro enzima, CaMKII, che innesca una massiccia fusione ed espansione di mioblasti.
“Poiché tutti i muscoli del nostro corpo e quelli di altri animali, compreso il bestiame, sono prodotti dagli stessi processi biologici, le nostre scoperte possono essere applicabili sia allo studio della rigenerazione muscolare che alla produzione di carne coltivata”, ha affermato Tzahor.
I mioblasti si formano nell’embrione, ma una piccola frazione di queste cellule rimane sopra le fibre muscolari per tutta la vita, anche se il loro numero diminuisce con l’età. Quando un muscolo viene ferito, queste cellule staminali sono responsabili della sua riparazione e rigenerazione. Per avviare il processo di riparazione, queste cellule devono smettere di dividersi in modo che possano maturare e iniziare a fondersi l’una con l’altra e con il tessuto muscolare danneggiato.
“Capire cosa regola la fusione dei mioblasti è fondamentale per comprendere la riparazione muscolare”, ha affermato Eigler. “Senza fusione non c’è rigenerazione.”
Gli esperimenti condotti da Eigler suggeriscono infatti che il percorso che porta alla fusione dei mioblasti potrebbe essere coinvolto nella rigenerazione muscolare. Quando Eigler ha creato topi geneticamente modificati privi dell’enzima CaMKII, la loro capacità di riparare una lesione muscolare è risultata ridotta e più lenta rispetto a quella dei topi i cui corpi producevano l’enzima.
Gli scienziati hanno quindi indagato per approfondire le dinamiche della fusione nel tempo e sono arrivati alla conclusione che la fusione avviene in fasi primarie e secondarie distinte, qualcosa che era stato precedentemente mostrato nei moscerini della frutta ma non nei vertebrati. “Nella fase primaria, i mioblasti a nucleo singolo si fondono insieme per formare miotubi, che hanno due o tre nuclei”, ha spiegato Avinoam. “Nella fase secondaria, la fusione va a regime, poiché il resto dei mioblasti viene attirato per fondersi con i miotubi già formati, creando fibre muscolari che contengono dozzine o addirittura centinaia di nuclei. La maggior parte della fusione avviene durante questa fase secondaria”.
I video time-lapse mostrano che il processo di fusione entra nella fase secondaria da dodici a sedici ore dopo che le cellule sono state esposte alla molecola che blocca l’ERK. È allora che il processo decolla improvvisamente, accelerando enormemente. Entro le successive dodici ore circa, le fibre si fondono furiosamente in muscoli carnosi.
Il fatto che tutti i mioblasti in una piastra da laboratorio inizino a fondersi in modo sincronizzato suggerisce che si potrebbe arrivare a programmare in modo mirato la produzione di muscoli. E questo, a sua volta, suggerisce che i processi osservati in laboratorio imitano da vicino il modo in cui le fibre muscolari si fondono nel corpo.
In esperimenti di follow-up, i ricercatori hanno dimostrato che il percorso da ERK a CaMKII guida la differenziazione e la fusione muscolare nei mioblasti in coltura prelevati da diverse specie di animali da fattoria, tra cui polli, mucche e pecore. Un percorso che potrebbe accelerare la produzione di carne coltivata, riducendone così i costi. Un’opportunità di mercato, che secondo i dati riportati dal Weizmann Institute, potrebbe raggiungere i 25.000.000.000 di dollari entro il 2030.
Ora, infatti, una nuova startup, ProFuse Technology, svilupperà gli esiti di questo studio per sfruttarne le potenzialità nel settore della tecnologia alimentare. La Yeda Research and Development Company, il braccio di trasferimento tecnologico dell’Istituto Weizmann, ha infatti concesso alla società i diritti esclusivi di questa tecnologia.
I risultati dello studio sono stati pubblicati in Developmental Cell.
