INTERAZIONE TRA CELLULE IMMUNITARIE E CELLULE TUMORALI SU CHIP MICRO-FLUIDICI = INTERACTION BETWEEN IMMUNE CELLS AND CANCER CELLS ON MICRO-FLUIDIC CHIPS

La trattazione delle patologie umane, quale il cancro, è un argomento che affascina non solo il mondo della medicina, ma anche quello della matematica. Negli ultimi anni, a fronte di un perfezionamento nel settore chemioterapico e radioterapico, i ricercatori hanno ritenuto di rilevante importanza lo studio rivolto al sistema immunitario in relazione ai tumori. L’interesse nasce a seguito di scoperte riguardanti il ruolo dei linfociti T in presenza di antigeni patogeni; in una prima fase di riconoscimento, i linfociti T individuano la cellula maligna e la attaccano, talvolta custodendone in memoria le caratteristiche principali, così da poterle sfruttare per una eventuale nuova attività. Nei laboratori, la moderna tecnica avanzata è quella degli “organs on chip”: si tratta di chip micro-fluidici costituiti da diverse camere nelle quali sono introdotte le colture cellulari delle quali si vuole valutare l’interazione. Le simulazioni numeriche sono svolte sulla piattaforma COMSOL Multhyphisics, schematizzando il chip in maniera più semplice. Esso è costituito da due camere principali di forma rettangolare collegate da micro-canali, all’interno dei quali le cellule entrano a contatto. Nella camera di sinistra sono introdotti degli aggregati cellulari di carcinoma mammario, mentre nella camera di destra giacciono i macrofagi sottoforma di cellule mononucleari di sangue periferico umano sane. Da un punto di vista matematico, il modello adoperato per la ricerca è una modifica al modello proposto da Keller-Segel. Esso è costituito da quattro equazioni: tre di diffusione e reazione per gli aggregati tumorali, per la sostanza chimica prodotta dalle cellule tumorali e per il composto chimico secreto dalle cellule immunitarie. La quarta equazione descrive l’evoluzione temporale dei macrofagi con un termine di diffusione e uno di “chemiotaxis”. Tale aspetto è introdotto per simulare l’attrazione risentita dalle cellule immunitarie quando rilevano la presenza della sostanza chimica secreta dagli aggregati tumorali. Diverse sono le definizioni associate alla sensitività chemiotattica, ma la più realistica risulta essere quella dipendente in maniera quadratica dalla evoluzione della sostanza chimica stessa. Sia in ambito sperimentale che in ambito numerico, gli scenari mostrati sono due: in un primo luogo le cellule tumorali sono considerate nel loro stato primitivo, non sono in grado di secernere alcuna sostanza chimica. Dunque, si osserva come gli aggregati tumorali invadono in maniera incontrollata il “setting” delle simulazioni e l’attività delle cellule immunitarie è assolutamente blanda, in quanto non riescono ad individuare la presenza di agenti patogeni. Al contrario, nel secondo scenario, le cellule maligne sono precedente trattate tramite l’utilizzo di un farmaco chemioterapico, per cui gli aggregati tumorali tendono a espandersi molto lentamente. Ciò consente alle cellule immunitarie di intervenire: grazie al rilascio della sostanza chimica da parte delle cellule tumorali, i macrofagi riescono ad individuare la pericolosità, interagire con essa e debellarla. In definitiva, il vantaggio dell’utilizzo di tali chip micro-fluidici risiede nel migliorare gli esperimenti “in vitro”, avvicinandosi ai risultati ottenuti “in vivo”. Inoltre, l’introduzione di cellule umane per effettuare la sperimentazione, perfeziona quanto rilevato dai modelli murini. Nonostante ciò, la ricerca nel settore richiede ancora molto lavoro e collaborazione.