Un nuovo studio interdisciplinare condotto dal biologo molecolare Florian Raible dei Max Perutz Labs dell’Università di Vienna fornisce informazioni interessanti sulle setole del verme anellide marino Platynereis dumerilii. Cellule specializzate, chiamate chetoblasti, controllano la formazione delle setole. Il loro funzionamento è sorprendentemente simile a quello di una stampante 3D tecnica.
Il progetto nasce dalla collaborazione con ricercatori dell’Università di Helsinki, dell’Università della Tecnologia di Vienna e dell’Università Masaryk di Brno. Lo studio è pubblicato su Nature Communications .
La chitina è il materiale da costruzione principale sia per l'esoscheletro degli insetti che per le setole dei vermi setole come il verme anellide marino Platynereis dumerilii. Tuttavia, i vermi delle setole hanno una chitina un po’ più morbida, la beta chitina, che è particolarmente interessante per le applicazioni biomediche. Le setole permettono ai vermi di muoversi nell'acqua.
Come esattamente la chitina si formi in setole distinte è rimasto finora enigmatico. Il nuovo studio ora fornisce informazioni interessanti su questa biogenesi speciale.
Florian Raible spiega:"Il processo inizia con la punta delle setole, seguita dalla sezione centrale e infine dalla base delle setole. Le parti finite vengono spinte sempre più fuori dal corpo. In questo processo di sviluppo, le unità funzionali importanti vengono creati uno dopo l'altro, pezzo per pezzo, il che è simile alla stampa 3D."
Una migliore comprensione di processi come questi ha anche un potenziale per lo sviluppo di futuri prodotti medici o per la produzione di materiali naturalmente degradabili. La beta-chitina ricavata dal guscio dorsale dei calamari, ad esempio, viene attualmente utilizzata come materia prima per la produzione di medicazioni per ferite particolarmente ben tollerate. "Forse in futuro sarà possibile utilizzare anche cellule anellidi per produrre questo materiale", afferma Raible.
L'esatto contesto biologico:i chetoblasti svolgono un ruolo centrale in questo processo. I chetoblasti sono cellule specializzate con lunghe strutture superficiali, chiamate microvilli. Questi microvilli ospitano un enzima specifico che le ricerche potrebbero dimostrare essere responsabile della formazione della chitina, il materiale di cui sono fatte le setole. I risultati dei ricercatori mostrano una superficie cellulare dinamica caratterizzata da microvilli disposti geometricamente.
I singoli microvilli hanno una funzione simile agli ugelli di una stampante 3D. Florian Raible spiega:"La nostra analisi suggerisce che la chitina è prodotta dai singoli microvilli della cellula chetoblasta. Il cambiamento preciso nel numero e nella forma di questi microvilli nel tempo è quindi la chiave per modellare le strutture geometriche delle singole setole, come come singoli denti sulla punta delle setole, che sono precisi fino al range submicrometrico."
Le setole si sviluppano solitamente nel giro di soli due giorni e possono avere forme diverse; a seconda dello stadio di sviluppo del verme, sono più corti o più lunghi, più appuntiti o piatti.
Oltre alla collaborazione locale con l'Università della Tecnologia di Vienna e con gli specialisti di imaging dell'Università di Brno, la collaborazione con il laboratorio Jokitalo dell'Università di Helsinki si è rivelata un grande vantaggio per i ricercatori dell'Università di Vienna.
Utilizzando la loro esperienza nella microscopia elettronica a scansione seriale a blocchi (SBF-SEM), i ricercatori hanno studiato la disposizione dei microvilli nel processo di formazione delle setole e hanno proposto un modello 3D per la sintesi della formazione delle setole.
Il primo autore Kyojiro Ikeda dell'Università di Vienna spiega:"La tomografia elettronica standard richiede molto lavoro, poiché il taglio dei campioni e il loro esame al microscopio elettronico devono essere eseguiti manualmente. Con questo approccio, tuttavia, possiamo automatizzare in modo affidabile la analisi di migliaia di strati."
Il gruppo Raible sta attualmente lavorando per migliorare la risoluzione dell'osservazione al fine di rivelare ancora più dettagli sulla biogenesi delle setole.
Ulteriori informazioni: Kyojiro N. Ikeda et al, Microvilli dinamici scolpiscono setole su scala nanometrica, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-48044-3
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Università di Vienna
