I ricercatori dell'ETH hanno sviluppato un nuovo metodo in cui usano la luce per disegnare modelli di molecole che guidano le cellule viventi. L'approccio consente di osservare più da vicino lo sviluppo di organismi multicellulari e in futuro potrebbe persino svolgere un ruolo in nuove terapie.

Organismi altamente complessi possono nascere da una singola cellula, che è uno dei veri miracoli della natura. Le sostanze note come morfogeni hanno un ruolo importante in questo sviluppo, vale a dire segnalando alle cellule dove dovrebbero andare e cosa dovrebbero fare. Queste molecole segnale guidano processi biologici come la formazione di assi del corpo o il cablaggio del cervello. Per approfondire tali processi, i ricercatori devono essere in grado di posizionare le molecole segnale tra le cellule viventi nello spazio tridimensionale. Ciò è stato reso possibile da un nuovo metodo sviluppato da Nicolas Broguiere e dai suoi colleghi del gruppo di ricerca guidato da Marcy Zenobi-Wong. Il loro lavoro viene pubblicato oggi sulla rivista Materiale avanzato .

Disegnare con la luce

"Il nostro approccio consente di distribuire molecole bioattive in un idrogel con un alto grado di precisione, "dice Zenobi-Wong, Professore di Ingegneria dei tessuti e biofabbricazione presso il Dipartimento di Scienze e tecnologie della salute presso l'ETH di Zurigo. Quando le cellule viventi sono incapsulate nell'idrogel, possono rilevare questi segnali biochimici. Uno di questi segnali, fattore di crescita nervoso, determina la direzione in cui crescono le fibre nervose. In un metodo chiamato patterning a due fotoni, i ricercatori hanno usato un laser per disegnare un modello 3D di questa molecola nell'idrogel.

"Ovunque la luce si concentra nella materia, innesca una reazione chimica che ancora il fattore di crescita nervoso all'idrogel, " Spiega Broguiere. "Abbiamo accuratamente ottimizzato il design dell'idrogel fotosensibile in modo che le molecole segnale si attacchino solo nelle aree esposte al laser e in nessun altro luogo". Il loro nuovo approccio può creare "dipinti" di morfogeni con dettagli mille volte più piccoli di un millimetro, la dimensione di una singola fibra nervosa. I ricercatori hanno quindi potuto osservare al microscopio come i neuroni seguono il modello mappato. "Con questo nuovo metodo, ora possiamo guidare efficacemente i neuroni in 3-D, utilizzando il proprio linguaggio biochimico, "dice Broguière.

Quando le fibre nervose si lacerano

Molti biologi sognano da tempo di istruire le cellule a crescere in una direzione particolare. Il nuovo approccio sviluppato dal gruppo di ricerca dell'ETH li avvicina di un passo alla realizzazione di quel sogno. Zenobi-Wong e Broguiere ritengono che la loro innovazione offra anche potenziali vantaggi per la medicina, ad esempio se un nervo viene reciso durante un incidente, la riconnessione avviene in modo casuale e la piena funzionalità non viene ripristinata. "Non voglio dare l'impressione che siamo pronti per iniziare a curare i pazienti con questo metodo, "Zenobi-Wong dice, "ma in futuro, una versione raffinata del nostro approccio potrebbe aiutare a mostrare ai neuroni il percorso giusto direttamente nel corpo, migliorando così il recupero da lesioni neurali."