Sconfiggere i tumori con la matematica? Un giorno potrebbe diventare possibile

Il cancro è la seconda causa di morte al mondo: nel solo 2018 ha ucciso 9.6 milioni di persone in tutto il mondo. La strada per una cura definitiva è ancora lunga, ma pochi giorni fa potrebbe essere stato fatto un passo nella direzione giusta.

 

Il 17 ottobre scorso è stata pubblicata su ‘Trend in Cell Biology’ una ricerca riguardante l’uso della teoria dell’informazione come nuovo punto di partenza per lo studio delle cellule tumorali. I ricercatori dell’Università di Ginevra (UNIGE) hanno infatti avuto la bizzarra idea di affrontare il problema, di natura strettamente biologica, da un punto di vista matematico. E’ presto per dire se questo metodo porterà a dei risultati concreti, ma le premesse fanno ben sperare.

Interazioni con l’ambiente

A livello atomico, le caratteristiche degli elementi che compongono la nostra realtà sono determinate dall’interazione fra elettroni e nuclei, ovvero dalle forze che si generano tra tutte le cariche dell’atomo. A livello astronomico, la posizione e il moto dei corpi celesti dipende dalle forze gravitazionali che si generano tra loro. Il rapporto sistema-ambiente circostante è il meccanismo su cui si basa ogni aspetto della nostra esistenza: studiarne il funzionamento nelle sue manifestazioni è la chiave per comprenderle a fondo. Per questo motivo Karolina Zielińska, ricercatrice della facoltà di medicina della UNIGE, ha concentrato i suoi sforzi nella comprensione del funzionamento della cellule tumorali. E’ noto da molto tempo che queste comunicano in modo anomalo con l’ambiente circostante, solitamente inviando più informazioni del dovuto, ma non è ancora chiaro in che modo questo accada. Molte delle informazioni mancanti, come l’amplificazione dei segnali, la ridondanza e la robustezza, fanno parte del campo di studio di una teoria matematica detta “teoria dell’informazione”. Ovviamente la comunicazione tra cellule avviene tramite sostanze chimiche, solitamente proteine, ma questo non è affatto un ostacolo: l’importante è l’informazione stessa,

Teoria dell’informazione

“Come può una teoria matematica nata a metà del secolo scorso e principalmente usata in informatica trovare applicazione in una ricerca puramente biologica come questa?”. Questo dubbio è più che legittimo, ma è facilmente superabile. La teoria dell’informazione non riguarda il mezzo in cui le informazioni vengono trasmesse, ma solo in che forma questo viene fatto. Una delle applicazioni più famose di questo ramo della matematica è la compressione dei file .zip, che permette di salvare correttamente dati in memoria utilizzando un numero limitato di bit. Esiste infatti una grandezza, detta entropia, che misura il numero di informazioni, e quindi bit, che una fonte deve mandare per essere sicura che il ricevente sia sicuro di cosa si stia cercando di comunicare. Banalmente, se si lancia un dado si possono avere 6 esiti distinti ed equiprobabili, quindi per comunicare l’esito è necessario utilizzare un numero compreso tra l’uno e il sei. Se invece è noto che il dado è truccato e che fa uscire sempre il tre, non è necessario comunicare l’esito perché non ci può essere ambiguità. Nel primo caso è presente entropia, nel secondo è nulla. Nel caso dei file .zip, si utilizzano contemporaneamente un sistema di compressione dei dati e uno di correzione degli errori, in modo da abbassare l’entropia al minimo senza invalidare le informazioni presenti nel file.

Vista dell’Università di Ginevra

Applicazioni biologiche

Fino ad ora la risposta migliore che la medicina ha trovato è stata quella di distruggere completamente le cellule malate, sperando che il paziente sopporti gli effetti collaterali della terapia. Combinando la teoria dell’informazione con uno studio approfondito delle cellule, sia sane che malate, potrebbe essere possibile trovare un modo per effettivamente curarle. Una cellula può essere vista come un gestore di segnali, sia in entrata e in uscita. E’ suo compito inviare le informazioni all’ambiente nel modo più efficace possibile e allo stesso tempo deve essere in grado di comprendere ciò che l’ambiente vuole comunicarle senza commettere errori. Questi due compiti sono essenziali per il funzionamento dell’organismo in cui vive: quando la cellula non è più in grado di svolgerli, come quando è affetta da un tumore, il rischio è che la mancata interpretazione dei segnali la porti a compiere azioni non necessarie o, dannose. E’ noto infatti che la tendenza principale delle cellule tumorali è di riprodursi molto più frequentemente di quanto dovrebbero. Se si capisse in che modo questi errori avvengono, quale sia ‘l’ingranaggio’ biologico che si rompe, si potrebbe trovare il modo di ripararlo. Tutto ciò è per ora solamente un volo pindarico. Per quanto le premesse siano positive e le idee siano innovative, è difficile affermare con certezza se queste porteranno a qualcosa di concreto.

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