Possibile svolta nello sviluppo di biomateriali efficaci
I risultati potrebbero essere rivoluzionari per l'ingegneria dei tessuti
Annunci
Molte speranze erano riposte nella cosiddetta ingegneria dei tessuti: Con l'aiuto delle cellule staminali, la pelle e altri organi potrebbero essere coltivati, consentendo così una migliore guarigione delle ferite e migliori trapianti. Anche se in parte questo è già realtà, il livello previsto circa 20 anni fa non è stato ancora raggiunto perché le cellule staminali non sempre si legano al materiale ospite richiesto come dovrebbero in teoria. Un team di ricerca internazionale guidato dal chimico professor Shikha Dhiman dell'Università Johannes Gutenberg di Mainz (JGU) ha ora individuato la ragione di questo fenomeno: "La possibilità che si verifichi un'interazione tra la membrana cellulare modello e il materiale della matrice dipende non solo dalla forza dell'interazione, ma anche dalla velocità con cui si muovono le molecole del partner di legame. La comprensione di questa interazione che abbiamo ora acquisito è fondamentale per lo sviluppo di biomateriali efficaci", afferma Dhiman. I risultati del team sono stati recentemente pubblicati sulla rivista scientifica PNAS.
Per far crescere artificialmente i tessuti biologici in laboratorio, i biotecnologi di solito collocano le cellule staminali su materiali di matrice, di solito gel. Questi gel dettano il comportamento e lo sviluppo delle cellule. Affinché ciò riesca, tuttavia, le cellule devono legarsi ai materiali della matrice. Per molto tempo si è pensato che fosse sufficiente aggiungere al gel molecole che si legassero in modo sufficientemente forte ai recettori delle cellule - queste molecole sono chiamate ligandi. Ma questo si è rivelato un errore. In teoria dovrebbe funzionare, ma in pratica spesso non è così. Mentre la maggior parte dei ricercatori inizia ottimizzando il materiale della matrice per risolvere questo problema, Dhiman, insieme al professor Bert Meijer dell'Università di Tecnologia di Eindhoven, ha ora studiato il primo punto di interazione: il legame tra le singole fibre della matrice e la membrana cellulare modello. "Finora si è sempre considerata la forza dell'interazione tra ligandi e recettori. Ma abbiamo scoperto che la capacità di una membrana cellulare modello di legarsi alla fibra dipende principalmente dalla velocità con cui le molecole del partner di legame si muovono nella membrana cellulare modello o nella fibra", spiega Dhiman. Se la velocità dei ligandi nella fibra e dei recettori nella membrana cellulare modello sono simili, possono trovarsi e accoppiarsi. "Anche il legame più debole può portare all'interazione tra le molecole se le loro velocità sono simili", spiega Dhiman. Tuttavia, se uno dei partner di legame si muove rapidamente e l'altro lentamente o per niente, le cellule non si legheranno al gel". Sebbene si tratti di una ricerca di base, ora fornisce un quadro più chiaro di come funzionano queste interazioni a livello molecolare".
A velocità simili, i partner di legame si riuniscono
Per i loro studi, i ricercatori hanno utilizzato la microscopia a super-risoluzione, che consente di visualizzare i singoli recettori e ligandi. Come si comportano le singole molecole? Per rispondere a questa domanda e seguire i movimenti delle molecole al microscopio, Dhiman e i suoi colleghi hanno lavorato con singole fibre invece che con gel in massa. "La riduzione a singole fibre era importante per comprendere chiaramente le interazioni", spiega Dhiman. "Se le molecole nella membrana cellulare modello e nella fibra si muovono con una velocità simile, tendono a raggrupparsi. I partner di legame si riuniscono quindi su entrambi i lati nel punto di contatto tra la fibra e la membrana cellulare modello: invece di singoli composti, è quindi di solito un intero gruppo di recettori e ligandi a garantire il legame. Anche le basse forze di legame sono quindi sufficienti", afferma Dhiman.
I risultati potrebbero essere rivoluzionari per l'ingegneria dei tessuti, ma anche per altre applicazioni mediche come le immunoterapie o la somministrazione di farmaci. La somministrazione di farmaci prevede la consegna dell'ingrediente attivo direttamente al sito d'azione per massimizzare l'effetto terapeutico e ridurre al minimo gli effetti collaterali. "A lungo termine, queste conoscenze potrebbero portare a scoperte nella riparazione dei tessuti e nella medicina rigenerativa, nonché a impianti medici avanzati che lavorano in armonia con le cellule del corpo", afferma Dhiman.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Shikha Dhiman, Marle E. J. Vleugels, Richard A. J. Post, Martina Crippa, Annalisa Cardellini, Esmee de Korver, Lu Su, Anja R. A. Palmans, Giovanni M. Pavan, Remco W. van der Hofstad, Lorenzo Albertazzi, E. W. Meijer; "Reciprocity in dynamics of supramolecular biosystems for the clustering of ligands and receptors"; Proceedings of the National Academy of Sciences, Volume 122, 2025-9-8
Altre notizie dal dipartimento scienza
