Una tossina con un tocco utile
Il loro lavoro apre le porte a nuove applicazioni nelle tecnologie lab-on-a-chip, nei biosensori e nei prototipi di cellule artificiali
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I ricercatori della rete SNI hanno scoperto un modo nuovo per fondere le vescicole lipidiche a pH neutro. Sfruttando un frammento della tossina difterica, il team ha ottenuto la fusione della membrana delle vescicole senza bisogno di pretrattamenti o condizioni difficili. Il loro lavoro, recentemente pubblicato su Communications Chemistry, apre le porte a nuove applicazioni nelle tecnologie lab-on-a-chip, nei biosensori e nei prototipi di cellule artificiali.
Specifici aminoacidi caricati positivamente del dominio della tossina difterica (punti grigi) si legano alle membrane delle vescicole caricate negativamente (T-SV - vescicole più piccole associate al dominio T). Le vescicole aderiscono quindi a una superficie di vetro. Questo porta a una tensione asimmetrica della membrana (in rosso). Quando altre vescicole libere nella soluzione si fondono con una vescicola aderente, la tensione della membrana si riduce e si formano vescicole più grandi (LV).
P. Jasko, University of Basel and PSI
Le vescicole lipidiche - minuscole sfere racchiuse da membrane - sono strumenti importanti in medicina e nelle nanotecnologie. Possono trasportare agenti farmaceutici a cellule e tessuti specifici o contenere agenti di contrasto per esami diagnostici. D'altra parte, possono servire come blocchi di costruzione versatili nella biologia sintetica, dove la fusione controllata consente di creare compartimenti più grandi che imitano la complessità delle cellule viventi condividendo e combinando i loro contenuti.
Esistono diversi modi per produrre vescicole più grandi, come l'elettroporazione o la produzione microfluidica. Un'altra strategia interessante, ispirata alla biologia, è quella di far fondere vescicole più piccole in compartimenti più grandi. La fusione è particolarmente interessante perché imita i processi naturali e permette ai compartimenti di crescere e connettersi dinamicamente. Tuttavia, ottenere una fusione di membrana ben controllata in laboratorio, soprattutto senza pretrattamento delle vescicole, è stata a lungo una sfida. Per aprire la strada ad applicazioni nel mondo reale, i ricercatori stanno studiando l'uso di proteine specifiche per controllare e indirizzare la fusione delle vescicole.
La tossina difterica permette la fusione delle membrane
Un gruppo di ricerca guidato dalla Prof.ssa Cornelia Palivan del Dipartimento di Chimica dell'Università di Basilea e dal Dr. Richard A. Kammerer dell'Istituto Paul Scherrer (PSI) ha ora raggiunto una svolta nella fusione di membrana guidata da proteine in laboratorio utilizzando la tossina difterica.
"Una parte specifica della tossina difterica, nota come dominio T, può indurre la fusione di membrana anche a pH neutro, senza bisogno di funzionalizzare le membrane delle vescicole durante la produzione. Si tratta di un fenomeno unico, perché normalmente questa tossina agisce in condizioni acide nelle cellule", spiega Piotr Jasko, primo autore dello studio e dottorando presso lo Swiss Nanoscience Institute. "Nei nostri esperimenti siamo riusciti a dimostrare come il legame del dominio T della tossina porti alla fusione della membrana senza comprometterne l'integrità", aggiunge.
Gli aminoacidi con carica positiva sono fondamentali
Alcuni aminoacidi caricati positivamente nella proteina della difterite svolgono un ruolo nella fusione a pH neutro. Gli aminoacidi si legano alla membrana delle vescicole con carica negativa e consentono l'adsorbimento delle vescicole su una superficie di vetro.
La tensione asimmetrica della membrana che ne deriva è l'innesco che porta alla fusione delle particelle attaccate e di quelle libere, accompagnata da una riduzione della tensione della membrana. Le vescicole che non aderiscono alla lastra di vetro e fluttuano liberamente nella soluzione non si fondono tra loro.
"A seconda della forza della carica positiva sul dominio T o della quantità di lipidi caricati negativamente, la fusione produce molte vescicole piccole o meno grandi, che in ogni caso mantengono la loro forma sferica", spiega Richard Kammerer.
"La fusione mirata di membrana a pH neutro è di grande interesse per noi perché può essere utilizzata per numerose applicazioni. Costituisce la base per varie tecnologie lab-on-a-chip, per biosensori e per un possibile utilizzo con analoghi sintetici dei liposomi - polimersomi per produrre mimiche cellulari chimicamente più avanzate e stabili", commenta Cornelia Palivan.
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.
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