Acido ialuronico, noto anche come acido ialuronico, è un polisaccaride che aiuta a stabilire la viscosità dei fluidi corporei. Secondo un nuovo studio degli scienziati dell'EPFL, influenza anche il comportamento di molte più molecole d'acqua di quanto si pensasse in precedenza. Le loro scoperte, appena pubblicate su Progressi scientifici —aprire nuove strade di ricerca sul ruolo che l'acqua svolge nel corpo umano.

Sebbene l'acqua sia nota da tempo come un componente cruciale dei sistemi biologici, è solo di recente che gli scienziati stanno iniziando a scoprire gli intricati modi in cui guida la strutturazione di composti biologici come proteine, membrane, DNA e zuccheri Questo vale anche per l'acido ialuronico, un polisaccaride che si trova intorno alle cellule e in parti del nostro corpo dove la lubrificazione e la viscosità sono importanti, come nelle nostre articolazioni. L'acido ialuronico è un determinante chiave della consistenza dei fluidi acquosi in queste aree. Utilizzando un nuovo metodo sviluppato nel loro laboratorio, gli scienziati LBP hanno scoperto che l'acido ialuronico influenza l'orientamento di molte più molecole d'acqua di quanto si pensasse in precedenza. La loro ricerca, che appare in Progressi scientifici , segna una svolta nel modo in cui gli scienziati percepiscono il ruolo dell'acqua nella biologia.

Un nuovo modo di intendere l'idratazione

Gli scienziati di LBP hanno sondato su scala nanometrica per capire meglio come l'acido ialuronico interagisce con l'acqua. Le molecole di acido ialuronico contengono molti anioni, o ioni caricati negativamente, mentre le molecole d'acqua (H2O) sono neutre ma caricate positivamente da una parte e caricate negativamente dall'altra. Questa distribuzione di carica orienta le molecole d'acqua quando "vedono" la carica negativa dell'acido ialuronico. In precedenza, si pensava che le cariche influenzassero l'acqua su una distanza di 3 molecole d'acqua, coinvolgendo solo questa interazione. Però, utilizzando il loro nuovo metodo, gli scienziati LBP hanno scoperto che l'influenza si estende effettivamente fino a 1, 600 molecole d'acqua. Hanno anche scoperto un secondo meccanismo che orienta l'acqua, vale a dire che il campo elettrostatico degli anioni cambia leggermente il modo in cui le molecole d'acqua si collegano tra loro. Questo meccanismo è in gioco anche nelle soluzioni di acido ialuronico. Questa scoperta rivoluzionaria potrebbe sfidare i modi convenzionali di pensare all'acqua e al modo in cui interagisce con molecole complesse. L'acido ialuronico è noto per le sue proprietà di aumento della viscosità, che si è sempre pensato derivi solo dalle interazioni tra le molecole di acido ialuronico. Però, questo lavoro mostra che anche l'acqua e come viene influenzata gioca un ruolo importante.

Testare l'orientamento delle molecole d'acqua

L'acido ialuronico orienta le molecole d'acqua migliorando le correlazioni acqua-acqua. Agisce come una "catena flessibile circondata da estesi gusci di acqua orientativamente correlati, che fluttua a seconda dei movimenti della molecola di acido ialuronico, "dice Sylvie Roke, capo del LBP. Il suo team di scienziati ha misurato le correlazioni spaziali su scale di lunghezza nanoscopiche.

Il loro metodo differisce dalle tecniche standard, come la diffusione della luce, che misura le variazioni di acido ialuronico piuttosto che di molecole d'acqua. Cosa c'è di più, le tecniche esistenti non sono abbastanza sensibili da funzionare a concentrazioni molto basse. Il metodo LBP, chiamato scattering elastico di seconda armonica a femtosecondi, offre una sensibilità 1000 volte maggiore, permettendo di misurare le minuscole correlazioni strutturali che risultano dai cambiamenti nella struttura dell'acqua. L'illuminazione di una soluzione con un impulso laser a femtosecondi nel vicino infrarosso provoca la generazione di fotoni che hanno la doppia energia dei fotoni in arrivo. Tali fotoni di seconda armonica possono essere generati solo da regioni del liquido che hanno una simmetria rotta rispetto alla struttura isotropa del liquido sfuso puro. Riferiscono quindi in maniera molto sensibile sulle differenze strutturali. Al contrario, nei normali metodi di diffusione della luce, gli stessi fotoni di colore vengono emessi da ogni molecola in modo che le differenze strutturali siano rilevabili solo effettuando una misurazione della differenza. Ciò si traduce in una sensibilità 1000 volte superiore, così come, in questo caso, la sensibilità all'acqua.

Roke spiega:"La capacità di osservare come le sovrastrutture dell'acqua cambiano in risposta a molecole come l'acido ialuronico apre un campo di ricerca completamente nuovo. Il nostro metodo potrebbe essere utilizzato in combinazione con altri, approcci ottici non lineari per studiare meglio la complessità dei sistemi acquosi, che stiamo iniziando a scoprire solo ora."