I biofisici scoprono potenti simmetrie nei tessuti viventi

“È stato piuttosto sorprendente la corrispondenza tra i dati sperimentali e la simulazione numerica”, ha affermato Eckert. In effetti, corrispondeva così tanto che la prima risposta di Carenza fu che doveva essere sbagliato. Il team temeva scherzosamente che un revisore paritario potesse pensare che avessero imbrogliato. “Era davvero così bello”, ha detto Carenza.

Le osservazioni rispondono a una “domanda di vecchia data sul tipo di ordine presente nei tessuti”, ha detto Joshua Shaevitz, un fisico dell’Università di Princeton che ha esaminato lo studio (e non pensava che avessero imbrogliato). La scienza spesso “diventa torbida”, ha detto, quando i dati indicano verità apparentemente contrastanti: in questo caso, le simmetrie annidate. “Poi qualcuno fa notare o mostra che, beh, quelle cose non sono così distinte. Hanno ragione entrambi.”

Forma, forza e funzione

Definire con precisione la simmetria di un cristallo liquido non è solo un esercizio matematico. A seconda della sua simmetria, il tensore di stress di un cristallo, una matrice che cattura il modo in cui un materiale si deforma sotto stress, appare diverso. Questo tensore è il collegamento matematico alle equazioni fluidodinamiche che Giomi voleva utilizzare per collegare forze fisiche e funzioni biologiche.

Applicare la fisica dei cristalli liquidi ai tessuti è un nuovo modo di comprendere il mondo disordinato e complicato della biologia, ha affermato Hirst.

Le implicazioni precise del passaggio dall’ordine esatico a quello nematico non sono ancora chiare, ma il team sospetta che le cellule possano esercitare un certo grado di controllo su tale transizione. Ci sono anche prove che l’emergere dell’ordine nematico abbia qualcosa a che fare con l’adesione cellulare, hanno detto. Capire come e perché i tessuti manifestano queste due simmetrie intrecciate è un progetto per il futuro, anche se Giomi sta già lavorando sull’utilizzo dei risultati per capire come le cellule tumorali fluiscono attraverso il corpo quando metastatizzano. E Shaevitz ha osservato che la cristallinità liquida multiscala di un tessuto potrebbe essere correlata all’embriogenesi, il processo mediante il quale gli embrioni si modellano in organismi.

Se c’è un’idea centrale nella biofisica dei tessuti, ha detto Giomi, è che la struttura dà origine a forze e le forze danno origine a funzioni. In altre parole, il controllo della simmetria multiscala potrebbe far parte del modo in cui i tessuti si sommano più della somma delle loro cellule.

C’è “un triangolo di forma, forza e funzione”, ha detto Giomi. “Le cellule usano la loro forma per regolare le forze, e queste a loro volta fungono da motore funzionante della funzionalità meccanica”.

Storia originale ristampato con il permesso di Rivista Quanta, una pubblicazione editorialmente indipendente del Fondazione Simon la cui missione è migliorare la comprensione pubblica della scienza coprendo gli sviluppi e le tendenze della ricerca in matematica, scienze fisiche e della vita.