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Active microrheology for probing stress transmission in complex media

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La microreologia, ovvero lo studio dei supporti complessi

Il progresso scientifico ha fornito informazioni senza precedenti sulla struttura del citoscheletro, la rete fibrosa di proteine interna alla cellula, tuttavia la nostra conoscenza delle sue proprietà meccaniche e fisiche dinamiche continua ad essere limitata.

Salute

Il progetto ACTIVE ("Active microrheology for probing stress transmission in complex media"), finanziato dall'UE, ha cercato di rispondere a molte di queste domande applicando la microreologia passiva e attiva alle reti di citoscheletro ricostituite in vitro. Le tecniche di microreologia possono aiutare a stabilire proprietà locali e di massa, come la viscoelasticità di un materiale dopo la misurazione del movimento delle particelle di una sonda colloidale in un campione. L'idea consisteva nell'uso di poche proteine selezionate per ricostruire la rete del citoscheletro e stabilirne ruoli e proprietà. Per far ciò, i ricercatori hanno dovuto preparare e caratterizzare le reti di actomiosina, costruire configurazioni di microreologia attive ottiche e implementare il software e la metodologia di analisi relativi. Il team è riuscito a sviluppare un sistema di imaging confocale con pinzette ottiche olografiche per il trapping ottico in 3D e l'imaging nell'ordine di grandezza dei micron. Tra le possibili applicazioni vi sono la fabbricazione di dispositivi fotonici a base colloidale, microreologia attiva in 3D e studi ad alto rendimento di singole dinamiche di cellule biologiche. Utilizzando un sistema modello di citoscheletro in vitro, i ricercatori hanno studiato il ruolo della proteina miosina II nell'evoluzione, nella struttura e nella dinamica della rete del citoscheletro. Questa proteina è in grado di facilitare l'autoassemblaggio e l'autorganizzazione del citoscheletro attraverso i legami incrociati e la regolazione dell'actina. I componenti del progetto hanno utilizzato la misurazione microreologica delle reti di F-actina per stabilire la risposta non lineare di questi sistemi complessi alle perturbazioni. Un modello composto da due fluidi è stato utilizzato per confrontare i dati sperimentali e teorici sulle proprietà viscoelastiche a livello locale e di massa per dimensioni diverse di reticolo. Lo studio ha trovato una buona correlazione tra i risultati sperimentali e quelli teorici nella risposta a regime intermedio. Gli strumenti del team ACTIVE hanno permesso di eseguire la caratterizzazione di complesse strutture di fluidi come le cellule biologiche. Tra le altre applicazioni vi sono le misurazioni viscoelastiche e la caratterizzazione reologica di supporti complessi, come proteine, polimeri e formulazioni di surfattanti, utili in particolare per il settore biomedico, chimico e farmaceutico.

Parole chiave

Microreologia, supporto complesso, citoscheletro, trasmissione dello stress, viscoelasticità, colloidale, proteina, actomiosina, imaging confocale, trapping ottico, dinamica cellulare

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