4 milioni di nuove cellule ogni secondo

Una ricerca ha analizzato le caratteristiche di tutti i principali tipi di cellule per ottenere una descrizione quantitativa completa del turnover cellulare. Il turnover totale della massa cellulare è di 80 ±20 grammi al giorno.

La distribuzione del ricambio cellulare nel corpo umano

Una ricerca recente ha analizzato le caratteristiche di tutti i principali tipi di cellule per ottenere una descrizione quantitativa completa del turnover cellulare. Il turnover totale della massa cellulare è di 80 ±20 grammi al giorno, dominato da cellule del sangue e cellule epiteliali dell'intestino. In termini di numero di cellule, quasi il 90% del totale è rappresentato da cellule del sangue.

Per comprendere meglio la funzione del corpo umano in salute e in malattia, è di grande interesse quantificare la sua composizione cellulare e il suo turnover. Si stima che il numero di cellule nel corpo adulto sia di circa 30 ±0,5 ×10¹², di cui circa il 90% sono cellule del sangue. Al di là di questa visione statica, non esisteva un corrispondente censimento complessivo delle dinamiche di morte e rigenerazione di cellule e tessuti.
Un articolo pubblicato su Nature Medicine prova a riempire questa lacuna riguardante la dinamica complessiva del turnover cellulare del corpo umano, quantificando i tassi di turnover cellulare sia in termini di numero che di massa.
L’indagine ha preso in considerazione la persona di riferimento standard, che è storicamente definita come un maschio "tra i 20-30 anni di età, con un peso di 70 kg e un'altezza di 170 cm". Poiché il tasso di ricambio cellulare può cambiare a causa di diverse malattie, i ricercatori hanno aggiunto la qualifica "sano" al riferimento standard.

Il tasso di ricambio cellulare giornaliero

Il tasso di ricambio cellulare giornaliero è definito come il numero medio giornaliero di morti cellulari in una specifica popolazione cellulare. Gli autori dello studio hanno caratterizzato il turnover cellulare umano giornaliero applicando l'equazione β = n/τ, dove β è il tasso di turnover cellulare, n è il numero di cellule e τ è la durata media della vita di ogni tipo di cellula, stimata sulla base di un'indagine in letteratura.
Il tasso di ricambio cellulare giornaliero è influenzato da due fattori: il numero di cellule e la loro durata di vita media. Così, una data popolazione di cellule contribuirà in modo sostanziale al tasso complessivo di ricambio cellulare se è numerosa e possiede una durata di vita relativamente breve. I principali tipi di cellule su cui si è concentrata l’analisi sono quelli che comprendono almeno lo 0,1% dei 30 trilioni di cellule che compongono il corpo umano o quelli con un turnover particolarmente veloce di τ <10 d (giorni).
L’analisi di molti dei tessuti ritenuti rilevanti (ad esempio cellule spermatiche, cellule renali e osteociti) ha evidenziato spesso un contributo trascurabile sia in termini di numero che di massa. Sommando i tassi di ricambio cellulare giornaliero per ogni tipo di cellula, è stato mappato il loro contributo ai tassi di ricambio giornaliero complessivo delle cellule umane.
È stato scoperto che il tasso di ricambio cellulare totale del corpo umano è di 0,33 ±0,02 ×10¹² (330 ±20 miliardi) cellule d^-1 (pari a circa 4 milioni di cellule s^-1). Circa l'86% di queste cellule sono cellule del sangue, per lo più di origine midollare. Quasi tutto il restante 14% è dato da cellule dell'intestino. I tre maggiori contribuenti al turnover cellulare del corpo umano sono congiuntamente responsabili di circa il 96% del turnover totale: eritrociti, neutrofili ed epiteli intestinali e gastrici.
 

credits: Nature Medicine

Il tasso di ricambio della massa cellulare

Il tasso di ricambio della massa cellulare è definito come la massa totale media delle cellule di una specifica popolazione cellulare (più comunemente un certo tipo di cellule) che muoiono (o vengono rilasciate) per unità di tempo. Assumendo una massa cellulare caratteristica, m, per un tipo di cellule che comprende n cellule con una vita media di τ giorni, il tasso di ricambio della massa cellulare per il tipo di cellule corrisponde a µ = mn/τ = βm. Questa definizione considera essenzialmente l'equilibrio tra la massa delle cellule che muoiono e quelle che le sostituiscono.
Il tasso di ricambio totale della massa cellulare umana è di 80 ±20 g d^-1. Nonostante la loro ubiquità, le cellule del sangue rappresentano solo il ≈40% del ricambio totale della massa cellulare, a causa della loro massa cellulare relativamente bassa di ≈100-300 pg. Questo contrasta con la loro dominanza del ≈80% sul turnover cellulare totale. Le cellule epiteliali del tratto gastrointestinale contribuiscono anche a circa il 40% del turnover della massa cellulare a causa della loro maggiore massa di unità cellulare singola (≈1.000 pg) e della loro breve durata di vita. Si noti che a causa della loro durata di vita eccezionalmente lunga, gli adipociti e le cellule muscolari contribuiscono solo al 5% circa del turnover totale della massa, anche se rappresentano il 75% della massa cellulare totale.
 

credits: Nature Medicine

Il paradosso della nave di Teseo

Una persona di riferimento di 70 kg con 30 trilioni di cellule ospiti e 46 kg di massa cellulare (gli altri 24 kg sono dovuti a fluidi e solidi extracellulari) produce questo numero di cellule ogni 80 d e questa quantità di massa cellulare ogni anno e mezzo. La differenza nei tempi deriva dal fatto che la maggior parte del ricambio avviene in cellule medio-piccole, mentre gran parte della massa cellulare è concentrata in cellule relativamente pesanti con una durata media di vita superiore ai 10 anni. Tuttavia, non tutte le parti del corpo umano vengono sostituite (per esempio, la maggior parte dei neuroni del cervello e le cellule del cristallino dell'occhio) e quindi il ricambio completo non avviene mai.
Questa analisi può aiutare gli studiosi a rispondere a molte domande che girano intorno al tema del rinnovamento dell'organismo in salute e in malattia. Per esempio, come si confronta il turnover delle cellule tumorali con il turnover cellulare totale del paziente? Qual è il pedaggio energetico e biosintetico della crescita tumorale e quale impatto ha sull'allocazione delle risorse?
L’analisi offre anche maggiori informazioni per dissertare a proposito del paradosso della nave di Teseo. Grazie a questo studio si può discutere in termini quantitativi su quale frazione venga sostituita e in quanto tempo.

Fonte: Sender R, Milo R. The distribution of cellular turnover in the human body. Nat Med. 2021 Jan;27(1):45-48. doi: 10.1038/s41591-020-01182-9. Epub 2021 Jan 11. PMID: 33432173.