Sztuczna macierz zewnątrzkomórkowa
Białka składające się z długich łańcuchów peptydów, które z kolei zbudowane są z sekwencji aminokwasów, uczestniczą w wielu funkcjach, począwszy od poziomu komórkowego po cały organizm. Nie może więc dziwić, że peptydy i białka są przedmiotem wielu badań dotyczących ich trójwymiarowej struktury, powstawania i funkcjonalizacji, a także roli w zdrowiu i chorobach. Bardzo niewiele badań poświęconych było jednak roli złożonego środowiska wewnątrzkomórkowego i zewnątrzkomórkowego w procesie samoorganizacji. Wiedza na ten temat jest niezbędna, by można było wykorzystać potencjał wstrzykiwanych leków molekularnych, które samoorganizują się w funkcjonalne peptydy i nanostruktury fibrylarne, tworząc lecznicze rusztowania w organizmie. Pomysł polega na wstrzykiwaniu cząsteczek, które naśladują funkcje biologiczne, zarówno strukturalne, jak i funkcjonalne, macierzy zewnątrzkomórkowej. Mają one tworzyć tymczasowe rusztowanie do regeneracji tkanki, które będzie ulegać biodegradacji lub wchłonięciu w nową tkankę po zainicjowaniu procesu odbudowy. Taka terapia, wydająca się pochodzić rodem z science fiction, wymaga doskonałej kontroli nad procesem samodzielnego sortowania i współorganizacji. To z kolei wymaga wiedzy na temat roli sekwencji aminokwasów peptydów w kierowaniu interakcjami molekularnymi. Kwestie te były przedmiotem badań prowadzonych w ramach finansowanego ze środków UE projektu "Mimicry of biology supramolecular logics towards self-assembly of artificial components for life" (SELFBIOLOGICS). Lipidy błony komórkowej przemieszczają się między błonami biologicznymi. Peptydy mogłyby zatem zmieniać swoje miejsce, zyskując możliwość rozpuszczania w wodzie i przenoszenia z jednej nanostruktury w celu ponownego uformowania się w innej. Naukowcy badali dynamikę szybkiej wymiany w peptydowych systemach samoorganizujących przy pomocy technik fluorescencyjnych, aby określić rolę sekwencji aminokwasów w szybkości wymiany. Następnie zastosowali wysokorozdzielczą metodę mikroskopii optycznej (mikroskopia stochastycznej rekonstrukcji optycznej) w celu zbadania rozmieszczenia cząsteczek wzdłuż poszczególnych włókien podczas procesu wymiany. Biomedycyna zmienia się błyskawicznie dzięki terapiom coraz lepiej ukierunkowanym na konkretne cząsteczki, dostarczane do konkretnych tkanek i systemów komórkowych. Minimalnie inwazyjne techniki, takie jak wstrzykiwanie cząsteczek w określone w celu samoorganizacji sztucznych macierzy zewnątrzkomórkowych i regeneracji tkanki, powinny mieć ogromne znaczenie społeczno-ekonomiczne. Projekt SELFBIOLOGICS przyczynił się do lepszego poznania procesów mechanistycznych i dynamicznych dotyczących samoorganizacji procesów, torując drogę ku terapiom przyszłości.
