Un’innovativa tecnica laser per il modellamento cellulare

La costruzione di assem­blag­gi cel­lu­lari di ordine supe­ri­ore è carat­ter­iz­za­ta da un gran­dis­si­mo poten­ziale applica­ti­vo che spazia dal­la chim­i­ca dei biosen­sori alla biolo­gia sin­tet­i­ca. Questo poten­ziale deri­va prin­ci­pal­mente dal­la capac­ità di com­par­ti­menta­re e ordinare le cel­lule nel­lo spazio sec­on­do strut­ture anche non esisten­ti in natu­ra. Per far ciò è però nec­es­sario met­tere a pun­to tec­nolo­gie che siano in gra­do non solo di spostare a pro­prio piaci­men­to le cel­lule nel­lo spazio sen­za dan­neg­gia­r­le, ma anche di creare inter­azioni tra le cel­lule al fine di real­iz­zare strut­ture sovra-cel­lu­lari come ad esem­pio i tes­su­ti.

I ricer­ca­tori dell’Impe­r­i­al Col­lege di Lon­dra e del­la Lough­bor­ough Uni­ver­si­ty, tra cui l’italiano Dr. Gui­do Bolog­ne­si, han­no svilup­pa­to una tec­nolo­gia laser in gra­do di creare dei nuovi liv­el­li di com­p­lessità strut­turale con cel­lule arti­fi­ciali, dispo­nen­dole in strut­ture tis­su­tali di base dotate di diverse tipolo­gie di con­nes­sioni (Fig. 1).

Figu­ra 1 – Serie di strut­ture cel­lu­lari sin­tetiche bidi­men­sion­ali avvi­c­i­nate e col­le­gate medi­ante un’innovativa tec­nolo­gia laser.

Vista dall’esterno, una cel­lu­la sin­tet­i­ca ha le stesse carat­ter­is­tiche di una cel­lu­la nat­u­rale. Possiede infat­ti una mem­brana plas­mat­i­ca che, analoga­mente a quel­la nat­u­rale, per­me­tte alla cel­lu­la di scam­biare mate­ri­ale fra il suo ambi­ente inter­no e l’esterno attra­ver­so minus­coli canali e pro­teine di trasporto. Men­tre le cel­lule esisten­ti in natu­ra for­mano da sole questi col­lega­men­ti, quelle arti­fi­ciale ven­gono aiu­tate da ques­ta inno­v­a­ti­va tec­nolo­gia laser in gra­do di spostar­le e con­net­ter­le tra loro.

Le strut­ture real­iz­zate potreb­bero essere uti­liz­zate per eseguire dif­fer­en­ti fun­zioni come, ad esem­pio, l’avvio di reazioni chimiche in volu­mi estrema­mente pic­coli, il trasporto di sostanze chimiche intorno e all’interno di net­work di cel­lule nat­u­rali o sin­tetiche, lo stu­dio dei mec­ca­n­is­mi attra­ver­so i quali le cel­lule comu­ni­cano tra loro e lo svilup­po di una nuo­va gen­er­azione di bio­ma­te­ri­ali intel­li­gen­ti.

Tutte le mem­brane cel­lu­lari sin­tetiche real­iz­zate fino­ra si rim­balza­vano l’un l’altra dopo il con­tat­to, men­tre le cel­lule arti­fi­ciali real­iz­zate da Bolog­ne­si e col­leghi possiedono sul­la parte ester­na del­la loro mem­brana cel­lu­lare uno stra­to par­ti­co­lare, cos­ti­tu­ito da lipi­di, pro­teine (es. strep­ta­vid­i­na) e nanopar­ti­celle di oro, che i ricer­ca­tori han­no prog­et­ta­to al fine di con­sen­tire l’adesione tra cel­lule por­tate in con­tat­to via laser (Fig. 2). Una vol­ta col­le­gate in questo modo, le cel­lule pos­sono essere spostate come un’unica unità sovra-cel­lu­lare. I risul­tati ottenu­ti dal team di ricer­ca inglese sono sta­ti pub­bli­cati recen­te­mente su Nature Com­mu­ni­ca­tions.

Figu­ra 2 – Immag­ine trat­ta dal video dif­fu­so dall’Impe­r­i­al Col­lege Lon­don in cui una cel­lu­la flu­o­res­cente (con­torno bian­co più lumi­noso) viene trasci­na­ta ver­so una cel­lu­la non flu­o­res­cente con la for­mazione di una pro­tu­ber­an­za di mem­brana adibi­ta alla fusione delle mem­brane delle due cel­lule sin­tetiche. Suc­ces­si­va­mente, le due cel­lule cos­tituen­ti un’unica strut­tura sovra-cel­lu­lare ven­gono trasci­nate insieme dal laser per favore l’adesione ad altre cel­lule, cre­an­do così strut­ture com­p­lesse 3D.

Una vol­ta per­fezion­a­to il proces­so di ade­sione delle cel­lule, il team è sta­to in gra­do di costru­ire strut­ture più com­p­lesse, sia 2D, come linee e qua­drati, sia 3D come pirami­di (Fig. 3). Una vol­ta che le cel­lule sono “incol­late” insieme, pos­sono essere trainate e rior­ga­niz­zate dal rag­gio laser restando unite tra loro.

Figu­ra 3 – Strut­ture cel­lu­lari 2D e 3D real­iz­zate medi­ante tec­nolo­gia laser.

Il prossi­mo obi­et­ti­vo, sec­on­do il Dr. Bolog­ne­si, sarà quel­lo di imple­mentare tale tec­nolo­gia pas­san­do dal­la capac­ità di manipo­lare poche cel­lule a quel­la di lavo­rare su un gran numero di cel­lule, parag­o­nabili a quelle cos­tituen­ti i tes­su­ti umani. La sfi­da sarà rius­cire a man­tenere la capac­ità di posizionarle con la grande arbi­tra­ri­età con cui è pos­si­bile far­lo adesso.

 

Sitografia

Bib­li­ografia

  • Gui­do Bolog­ne­si, Mark S. Frid­din, Ali Sale­hi-Rey­hani, Nathan E. Bar­low, Nicholas J. Brooks, Oscar Ces, Yuval Elani. Sculpt­ing and fus­ing bio­mimet­ic vesi­cle net­works using opti­cal tweez­ers. Nature Com­mu­ni­ca­tions, vol­ume 9, Arti­cle num­ber: 1882, 2018. doi:10.1038/s41467-018–04282-w

Cred­i­ti video

  • https://www.youtube.com/watch?v=czTnH6UCZpI#action=share

Cred­i­ti immag­i­ni

  • https://www.imperial.ac.uk/news/186211/mini-tractor-beams-help-arrange-artificial/
  • Gui­do Bolog­ne­si, Mark S. Frid­din, Ali Sale­hi-Rey­hani, Nathan E. Bar­low, Nicholas J. Brooks, Oscar Ces, Yuval Elani. Sculpt­ing and fus­ing bio­mimet­ic vesi­cle net­works using opti­cal tweez­ers. Nature Com­mu­ni­ca­tions, vol­ume 9, Arti­cle num­ber: 1882, 2018. doi:10.1038/s41467-018–04282-w

Un’innovativa tec­ni­ca laser per il model­la­men­to cel­lu­lare

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