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Un modello biomimetico innovativo del citoscheletro cellulare

La forma e la rigidità delle cellule sono conferite dal citoscheletro, una rete di polimeri composta principalmente da filamenti che costituiscono uno scaffold cellulare. Per caratterizzare le proprietà meccaniche del citoscheletro in relazione alla sua composizione, uno studio europeo si propone di creare una rete ibrida tra actina e DNA.
Un modello biomimetico innovativo del citoscheletro cellulare
La capacità delle cellule di adattare attivamente la loro struttura e le loro proprietà meccaniche è assicurata dalle proteine motrici del citoscheletro, come la miosina II. Solitamente, questo fenomeno è attivato da modifiche delle proprietà fisiche del tessuto circostante, che vengono rilevate dalla cellula tramite complessi proteici, chiamati adesioni focali, ubicati nella membrana cellulare.

Le proprietà meccaniche del citoscheletro determinano il modo in cui le forze meccaniche vengono rilevate dalla cellula, propagate e trasmesse alla matrice extracellulare. Il principale obiettivo scientifico del progetto BIOLINK ("Biomimetic model of the cell cytoskeleton: Polymer networks cross-linked with DNA strands"), finanziato dall'UE, è lo studio dei meccanismi fisici che si trovano alla base dell'adattabilità meccanica delle reti del citoscheletro. Per far ciò, gli studiosi hanno approfondito l'interazione tra l'attività dei motori molecolari e le proprietà meccaniche del citoscheletro, determinate in gran parte da legami incrociati.

Il team del progetto si è quindi proposto di sviluppare un sistema modello unico, costituito da filamenti di actina ibridati con molecole di DNA. Variando la lunghezza del DNA in base all'actina del legame incrociato, gli scienziati sperano di riuscire a controllare la forza e la rigidità del biomateriale che costituisce il citoscheletro. Il legame covalente e non covalente del DNA con l'actina è attualmente in fase di test per la preparazione della rete.

Avvalendosi di questi test sperimentali, gli scienziati studieranno le proprietà reologiche dinamiche e la risposta viscoelastica non lineare della rete di actina-DNA, ottenendo una ricostruzione tridimensionale della struttura della rete e l'elaborazione di modelli teoretici grazie all'imaging diretto.

Gli scienziati, inoltre, sono interessati a correlare l'attività del motore con la struttura del legame incrociato per il controllo dell'auto-organizzazione delle reti di biopolimeri attivi. A questo scopo, e per valutare l'influenza dell'attività del motore sulla reologia della rete, utilizzeranno delle pinzette laser per eseguire una microreologia attiva e passiva.

I risultati del progetto BIOLINK preciseranno le informazioni disponibili sul ruolo svolto dalle interazioni fisiche nella regolazione di processi quali la morfogenesi dei tessuti. La biomimetica citoscheletrica sviluppata, inoltre, potrà costituire la base per la creazione di materiali ispirati alle cellule nell'ambito della scienza dei materiali e di matrici simili a tessuti che potranno trovare utilizzi interessanti nell'ingegnerizzazione dei tessuti.

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