Innowacyjny biomimetyczny model cytoszkieletu komórki
Zdolność komórek do aktywnego przystosowania swojej struktury i właściwości mechanicznych zapewniają motoryczne białka cytoszkieletu, takie jak miozyna II. Są one zwykle wywoływane przez zmiany właściwości fizycznych otaczającej tkanki, które są wyczuwane przez komórkę za pośrednictwem kompleksów białkowych określanych mianem płytek przylegania i zlokalizowanych w błonie komórkowej. Mechaniczne właściwości cytoszkieletu determinują sposób w jaki siły mechaniczne są wyczuwane przez komórkę, a następnie rozprzestrzeniane i przenoszone do substancji międzykomórkowej. Głównym naukowym celem finansowanego ze środków UE projektu BIOLINK ("Biomimetic model of the cell cytoskeleton: Polymer networks cross-linked with DNA strands") jest zrozumienie fizycznych mechanizmów leżących u podstaw zdolności mechanicznego przystosowania się sieci cytoszkieletu. Kluczem do jego realizacji jest zbadanie wzajemnych relacji zachodzących między aktywnością molekularnych motorów i mechanicznych właściwości cytoszkieletu, podyktowanych w dużej mierze przez wiązania poprzeczne. Aby osiągnąć ten cel, zakłada się opracowanie unikalnego modelowego systemu składającego się z aktynowych filamentów zhybrydyzowanych do cząsteczek DNA. Poprzez zróżnicowanie długości DNA względem aktyny występującej w wiązaniu poprzecznym naukowcy przedstawiają zdolność kontrolowania siły i sztywności materiału biologicznego tworzącego cytoszkielet. W celu przygotowania sieci badane są kowalentne i niekowalentne wiązania DNA z aktyną. Wykorzystując tę eksperymentalną próbę naukowcy zbadają dynamiczne właściwości reologiczne oraz nieliniową reakcję lepkoelastyczną sieci aktyna–DNA. Bezpośrednie obrazowanie umożliwi również trójwymiarową rekonstrukcję struktury sieci oraz utworzenie modeli teoretycznych. Ponadto naukowcy są zainteresowani korelacją aktywności motorycznej ze strukturą wiązań poprzecznych w celu kontrolowania samoorganizacji aktywnych sieci biopolimerowych. Aby osiągnąć ten cel i ocenić wpływ aktywności motorycznej na reologię sieci, wykorzystają oni laserowe szczypce w celu przeprowadzenia aktywnej i biernej mikroreologii. Wyniki projektu BIOLINK poprawią nasze zrozumienie roli, jaką mogą odgrywać fizyczne interakcje w regulacji procesów, takich jak morfogeneza tkanki. Ponadto zakłada się, że opracowana biomimetyka cytoszkieletu będzie służyć jako podstawa do utworzenia materiałów zainspirowanych budową komórki dla potrzeb materiałoznawstwa oraz podobnych do tkanek matryc, które będą mogły być wykorzystane w inżynierii tkanek.
