Una nuova ricerca mostra che le dimensioni e le membrane cellulari possono svolgere un ruolo chiave nella regolazione della distribuzione delle molecole all'interno delle cellule. Questa scoperta offre un nuovo metodo non convenzionale per manipolare le cellule artificiali attraverso le loro dimensioni e proprietà interfacciali, oi loro confini, invece che attraverso la modifica molecolare della loro struttura chimica. Ciò potrebbe aiutare più industrie, dai cosmetici ai prodotti farmaceutici, che vogliono evitare cambiamenti imprevisti alle proprietà delle cellule artificiali nei loro prodotti, come quando creano nuovi farmaci come i vaccini.

Le cellule artificiali possono essere piccoli salvavita, come il vaccino mRNA COVID-19. Queste meraviglie ingegnerizzate possono essere realizzate per imitare le funzioni delle cellule biologiche ed eseguire ogni sorta di attività, dall'"insegnare" alle nostre cellule come rispondere a un virus, alla crescita della pelle artificiale per testare cosmetici o alla produzione di conservanti alimentari.

Tuttavia, la creazione e la manipolazione di queste cellule comporta molte sfide. "Negli ultimi anni, cellule artificiali contenenti soluzioni (o miscele) di molecole multicomponenti sono state utilizzate in prodotti cosmetici e farmaceutici. Sebbene tali soluzioni non si separassero in provette, a volte si separavano in cellule artificiali, il che era problematico per le applicazioni", ha spiegato Professore Associato Miho Yanagisawa della Graduate School of Arts and Sciences dell'Università di Tokyo.

Questa separazione, chiamata separazione di fase liquido-liquido (LLPS), è emersa come un meccanismo fondamentale per la regolazione dell'attività biologica negli organismi viventi. Tuttavia, il tipo di biomolecole che si separano e le condizioni in cui ciò si verifica devono ancora essere completamente comprese. Quest'ultima ricerca pubblicata in ACS Materials Letters fornisce alcune informazioni tanto necessarie.

"Convenzionalmente, le condizioni di separazione e il grado di separazione erano considerati indipendenti dalle dimensioni, purché la dimensione del contenitore fosse di circa 1 micrometro o micron (un millesimo di millimetro) o maggiore", ha affermato Yanagisawa. Tuttavia, una scoperta sorprendente di questa ricerca è stata che più piccola è la cellula artificiale, maggiore è il grado di separazione.

L'idea di un comportamento dipendente dalla dimensione cellulare è stata suggerita nel 2012, ma i dettagli di questo fenomeno sono rimasti poco chiari. Il team dell'Università di Tokyo ha eseguito esperimenti multiscala utilizzando goccioline di dimensioni diverse di due polimeri - corti, polietilenglicole (PEG) e lunghi, destrano - in miscele contenute all'interno di una membrana lipidica per creare cellule artificiali di dimensioni diverse.

"Da tali esperimenti, ci siamo resi conto che la membrana rileva lievi differenze tra le molecole e seleziona la molecola preferita, che è l'origine del comportamento dipendente dalle dimensioni delle cellule. Questo è stato il culmine principale dello studio", ha spiegato Yanagisawa. "Riteniamo che questa scoperta offra un nuovo metodo per manipolare i materiali attraverso le dimensioni dello spazio e le proprietà interfacciali dei contenitori delle cellule artificiali. Questa idea è abbastanza diversa da quelle convenzionali attraverso la manipolazione delle strutture molecolari".

Yanagisawa afferma:"Ci sono principalmente due direzioni per il passaggio successivo:una è verso la comprensione fisica e la formulazione degli effetti spaziali delle dimensioni delle cellule sui comportamenti molecolari; un'altra è verso le applicazioni farmaceutiche e cosmetiche, utilizzando le cellule artificiali considerando la cellula- effetto dimensione." + Esplora ulteriormente

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