Nella biologia dello sviluppo, gli scienziati usano termini diversi per descrivere diversi processi di sviluppo. Differenziazione cellulare e il processo di morfogenesi sono termini che si riferiscono a due diversi processi in corso di sviluppo.
Per definire la morfogenesi e la differenziazione cellulare, è utile studiare esempi di ciascuno.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Differenziazione e morfogenesi rappresentano due termini diversi che riguardano lo sviluppo degli organismi biologici. La differenziazione si riferisce a come le cellule si specializzano, mentre la morfogenesi si riferisce allo sviluppo delle forme degli organismi viventi.
Definizione di morfogenesi
Il processo di morfogenesi si riferisce allo sviluppo delle forme negli organismi viventi. Questo si riferisce alla forma, alle dimensioni e alla connettività delle forme in via di sviluppo.
Gli scienziati usano la matematica per aiutare a determinare i cambiamenti del tasso di crescita che influenzano le forme in via di sviluppo di un organismo. Questi cambiamenti nelle forme possono abbracciare sia lo sviluppo individuale che lo sviluppo evolutivo tra le specie. Data la vasta possibilità di quante forme potrebbero essere formate in un organismo, ha senso che vincoli come tempo, pressione e spazio giochino un ruolo nella morfogenesi.
La morfogenesi cellulare si riferisce alla dimensione, alla forma, alla posizione e al numero di cellule.
Esempi di morfogenesi
Quando si cerca di definire la morfogenesi, aiuta ad usare un esempio di morfogenesi. Un tale esempio di morfogenesi sarebbe la crescita delle piante e il modo in cui le nuove piante cambiano forma per essere diritte o attorcigliate o ramificate.
Nelle persone, l'intestino fornisce a esempio di morfogenesi. Il modo in cui gli intestini umani si attorcigliano e si piegano per adattarsi all'interno del corpo è un modo di pensare alla morfogenesi in fase di sviluppo.
Il cervello umano fornisce un notevole esempio di morfogenesi a causa delle sue “rughe” o pieghe. In un feto umano, il cervello è relativamente liscio. Ma nel corso di uno sviluppo sano, il ripiegamento risulta dovuto allo spazio geometrico in cui cresce il cervello. Un altro esempio di morfogenesi è quello della ramificazione nel rene umano.
La ricerca recente cerca di capire come i geni influenzano la geometria e le forme che cambiano negli organismi biologici.
Che cos'è la differenziazione?
Oltre al processo di morfogenesi, differenziazione è un termine comunemente usato nella biologia cellulare e dello sviluppo. Differenziazione cellulare si riferisce al processo mediante il quale le cellule si specializzano in tipi diversi con funzioni diverse. Contrariamente al processo di morfogenesi, la differenziazione avviene a livello cellulare ed è controllata da fattori di trascrizione.
I tessuti hanno bisogno di una banca di cellule staminali per fornire un backup in caso di perdita del cellulare. Fattori di trascrizione sono proteine che hanno istruzioni o indicazioni su come le cellule staminali dovrebbero essere sviluppate. Le cellule staminali produrranno un insieme di cellule figlie (o cellule progenitrici) che possono differenziarsi per formare un particolare tessuto e un altro insieme di cellule figlie che mantiene il pool di cellule staminali.
Un esempio di differenziazione
Nel corpo umano, le cellule sono costantemente chiamate a differenziarsi in cellule specializzate con funzioni uniche. Un tale esempio è la cellula basale polmonare. Questa cellula può differenziarsi in modo da diventare una cellula secretoria che riveste il tessuto polmonare.
I fattori di trascrizione lavorano per rendere possibile questa differenziazione. Nel caso della cellula basale polmonare, il fattore di trascrizione "grainyhead-like 2" ordina il processo che la cellula impiegherà per diventare ciliata.
Le cellule possono differenziarsi in numerosi altri tipi di cellule, come cardiomiociti (cellule del cuore), neuroni, miociti scheletrici e così via.
Implicazioni per la medicina
La differenziazione cellulare e il processo di morfogenesi giocano entrambi un ruolo enorme nello sviluppo degli organismi. Gli scienziati sperano di acquisire una maggiore comprensione in entrambe queste discipline per aiutare a fornire nuovi trattamenti medici.
Una nuova via di ricerca implica scoprire come i geni codificano per la geometria, aprendo una maggiore comprensione dell'origine della morfogenesi. Ciò comporterà un approccio multidisciplinare da parte di biologi, fisici e matematici.
Per quanto riguarda la differenziazione cellulare in cellule specializzate, gli scienziati sperano di scoprire come dirigere la differenziazione cellulare per combattere le malattie legate a tipi cellulari specifici. Un esempio è la malattia di Huntington.
Un altro grande esempio è quello di terapia con cellule staminali per il cancro e altre malattie. I ricercatori sperano di dirigere la differenziazione cellulare senza la necessità di donatori di midollo osseo. La degenerazione maculare dell'occhio rappresenta un altro caso in cui le cellule epiteliali pigmentate sulla retina potrebbero essere proliferate in vitro per sostituire quelle perse nei pazienti anziani.
È possibile dirigere la differenziazione cellulare in laboratorio. Si spera che, imparando a controllare questo processo, i ricercatori saranno in grado di salvare e migliorare vite.