I chimici della Rice University hanno utilizzato la capacità adesiva di un composto trovato nelle cozze e la forza di taglio per aiutare una scala nanometrica, peptide multidominio, visto in alto, autoassemblarsi in un fascio di fibre che può essere raccolto con una pinzetta. I ricercatori hanno affermato che la fibra può aiutare nella manipolazione delle colture cellulari, tra le altre applicazioni. Credito:Hartgerink Research Group/Rice University
I chimici della Rice University possono ringraziare la cozza per aver messo il muscolo nelle loro nuove fibre di scaffold su macroscala.
Il laboratorio Rice del chimico Jeffrey Hartgerink aveva già capito come realizzare nanofibre biocompatibili da peptidi sintetici. Nel nuovo lavoro, il laboratorio sta usando un amminoacido trovato nei piedi appiccicosi delle cozze per far allineare quelle fibre in forti stringhe di idrogel.
Lo studente laureato Hartgerink e Rice I-Che Li ha presentato questo mese il loro metodo a temperatura ambiente in un documento ad accesso libero nel Giornale della Società Chimica Americana .
Le corde di idrogel possono essere raccolte e spostate con una pinzetta, e Li ha detto che si aspetta che aiuteranno i laboratori a ottenere un migliore controllo sulla crescita delle colture cellulari.
"Di solito quando le cellule crescono su una superficie, si diffondono a caso, " ha detto. "Ci sono molti biomateriali che vogliamo far crescere in una direzione specifica. Con lo scaffold in idrogel allineato, possiamo aspettarci che le cellule crescano come vogliamo. Un esempio potrebbero essere le cellule neuronali, che vogliamo far crescere dalla testa alla coda per aiutare la rigenerazione dei nervi.
"Fondamentalmente, questo potrebbe permetterci di dirigere la crescita cellulare da qui a lì, " ha detto. "Ecco perché questo materiale è così eccitante".
Le nanofibre peptidiche create alla Rice University si allineano e formano fasci in un nuovo processo che utilizza un amminoacido trovato nei piedi delle cozze per aiutare i fili ad aderire e mantenere la loro forma quando esposti all'aria. Credito:Hartgerink Research Group/Rice University
In precedenti ricerche, il laboratorio di Hartgerink aveva sviluppato idrogel sintetici che potevano essere iniettati nel corpo per fungere da impalcature per la crescita dei tessuti. Gli idrogel contenevano peptidi idrofobici che si autoassemblavano in fibre larghe circa 6 nanometri e lunghe fino a diversi micron. Però, perché le fibre non interagiscono tra loro, generalmente apparivano nelle immagini al microscopio come una massa aggrovigliata.
Gli esperimenti hanno mostrato che le fibre potevano essere persuase in allineamento con l'applicazione delle forze di taglio, allo stesso modo in cui le carte da gioco vengono allineate durante la mischiatura spingendo sia in cima che in fondo al mazzo.
Hartgerink e Li hanno deciso di provare a spingere le fibre attraverso un ago per forzarle ad allinearsi, un processo che sarebbe più facile se il materiale fosse solubile in acqua. Quindi hanno aggiunto una catena di aminoacidi nota come DOPA ai lati delle fibre per consentire loro di rimanere solubili in acqua nella siringa, Li ha detto.
DOPA—abbreviazione di 3, 4-diidrossifenilalanina:è il composto che consente alle cozze di attaccarsi a qualsiasi cosa. Hartgerink e Li hanno scoperto che la combinazione di DOPA e sforzo di taglio dal passaggio attraverso l'ago ha spinto le fibre a formare visibili, fasci simili a funi.
Hanno anche scoperto che la DOPA ha promosso reazioni di reticolazione chimica che hanno aiutato i fasci a mantenere la loro forma. "La DOPA è molto sensibile agli agenti ossidanti, " Ha detto Li. "Anche l'esposizione del DOPA all'aria lo ossida, e questo aiuta a reticolare le fibre".
Le fibre peptidiche multidominio su nanoscala che vengono indotte ad autoassemblarsi in fibre su macroscala sono abbastanza resistenti da essere maneggiate con una pinzetta. I chimici della Rice University che hanno creato le fibre hanno affermato che miglioreranno la manipolazione delle colture cellulari. Credito:Hartgerink Research Group/Rice University
Come bonus, le fibre allineate hanno anche dimostrato di possedere una curiosa e utile proprietà ottica chiamata "birifrangenza uniforme, " o doppia rifrazione. Li ha detto che questo potrebbe consentire ai ricercatori di utilizzare la luce polarizzata per vedere esattamente dove si trovano le fibre allineate, anche se sono coperti da cellule.
"Questa sarà una tecnica importante per noi per assicurarci dell'ordine a lungo raggio dell'allineamento delle fibre quando testiamo la crescita cellulare diretta, " Egli ha detto.
I ricercatori si aspettano che le fibre allineate possano essere utilizzate per applicazioni mediche su macroscala ma con un controllo su scala nanometrica sulle strutture.
"L'autoassemblaggio è fondamentalmente la capacità di una molecola di creare una struttura ordinata dal caos, e ciò che I-Che ha fatto è spingere questa organizzazione a un nuovo livello con le sue corde allineate, " disse Hartgerink, professore di chimica e di bioingegneria. "Con questo materiale, siamo entusiasti di vedere se possiamo imporre questa organizzazione alla crescita delle cellule che interagiscono con essa".
