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simulazione di sistemi vascolari

16_09_fascettaCome fanno i tessuti a crescere nel modo giusto dando la giusta forma agli organi e agli organismi? A questa domanda, decisamente troppo metafisica, si potrebbe rispondere che una parte del lavoro è compiuta dal patrimonio genetico, un’altra parte dalla diversità di condizioni dell’ambiente in cui si trovano le cellule, che fa sì che diversi geni vengano attivati a produrre diverse cascate molecolari.
La scienza però non deve dare risposte globali, ma cercare di produrre, caso per caso, dei modelli che in qualche modo rendano conto dei meccanismi con cui il corpo, a partire da un piano generale e dalle situazioni particolari in cui, sulle varie scale, si vengono a trovare gli elementi in gioco, applica le “regole dell’universo”.
Per certe strutture dei tessuti animali (invero abbastanza vicine al regno vegetale, come il plesso vascolare) si sta rivelando utile anche in biologia l’approccio cosiddetto in silico, quello cioè che, come strumenti da laboratorio, invece della tradizionale vetreria, utilizza le simulazioni al computer (nel neologismo, il riferimento è ovviamente al silicio di cui sono fatti i circuiti elettronici).
Abbiamo già parlato di simulazioni di tessuti e di organismi vegetali, trattando di fillotassi e di modelli di botanica computazionale (numeri di febbraio 2010 e gennaio 2011). I fenomeni macroscopici descritti da quei modelli botanici sono certamente più lineari di quelli coinvolti dalla vasculogenesi (nell’embrione) e dalla angiogenesi (anche nei tessuti adulti). Lo sviluppo dei sistemi vascolari comprende infatti un adattamento e un rimodellamento in risposta a bisogni sia locali che sistemici, in cui sono coinvolti molteplici fenomeni a vari livelli: sia, a livello molecolare, la produzione delle sostanze che costituisce il dialogo tra le cellule deputate alla costruzione dei vasi, sia, a livello cellulare, l’orientamento e la dimensione di questi vasi in risposta alla necessità dell’apporto di ossigeno e di altre sostanze che i vasi servono a soddisfare. Tutti fenomeni che i modelli teorici devono collocare nel corretto ordine a destra e sinistra delle equazioni che li definiscono.
Rispetto alla sperimentazione “in vivo”, oltre alla speranza che un giorno (peraltro ancora molto lontano) potremo risparmiare il sacrificio di animali da laboratorio, l’approccio in silico offre insomma la possibilità di una comprensione molto più precisa e dettagliata del ruolo giocato dalle diverse componenti del sistema.

 

Serie di fermo-immagine di una simulazione che correla lo sviluppo vascolare in rapporto all’ossigenazione del tessuto; il blu scuro indica un tessuto con poco ossigeno, mentre sono indicate con tratteggio le aree in cui è prevista la produzione del fattore di crescita che induce l'angiogenesi. Le immagini sono tratte da una simulazione contenuta in Angiogenesis: An Adaptive Dynamic Biological Patterning Problem, pubblicato su PLoS Computational Biology aprile 2013 da Timothy W. Secomb, et al.

Serie di fermo-immagine di una simulazione che correla lo sviluppo vascolare in rapporto all’ossigenazione del tessuto; il blu scuro indica un tessuto con poco ossigeno, mentre sono indicate con tratteggio le aree in cui è prevista la produzione del fattore di crescita che induce l’angiogenesi. Le immagini sono tratte da una simulazione contenuta in Angiogenesis: An Adaptive Dynamic Biological Patterning Problem, pubblicato su PLoS Computational Biology aprile 2013 da Timothy W. Secomb, et al.