In natura, cellule e tessuti si assemblano e si organizzano all'interno di una matrice di fibre proteiche che alla fine determina la loro struttura e funzione, come l'elasticità della pelle e la contrattilità del tessuto cardiaco. Questi principi di progettazione naturale sono stati ora replicati con successo in laboratorio dai bioingegneri del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering e della School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) dell'Università di Harvard.

Questi bioingegneri hanno sviluppato una nuova tecnologia che può essere utilizzata per rigenerare il cuore e altri tessuti e per realizzare tessuti di spessore nanometrico, resistenti ed estremamente elastici. La svolta chiave è arrivata nello sviluppo di una matrice che può assemblarsi da sola attraverso l'interazione con una superficie termosensibile. La composizione proteica di quella matrice può essere personalizzata per generare proprietà specifiche, e il nanotessuto può quindi essere sollevato come un foglio alterando la temperatura.

"Finora è stato molto difficile replicare questa matrice extracellulare utilizzando materiali artificiali, " ha detto Adam W. Feinberg, un Postdoctoral Fellow presso la Harvard University che sarà Assistant Professor presso la Carnegie Mellon University in autunno. "Ma abbiamo pensato che se le cellule potessero costruire questa matrice sulla superficie delle loro membrane, forse possiamo costruirlo anche noi su una superficie. Siamo stati entusiasti di vedere che potevamo farlo".

Feinberg è l'autore principale di "Surface-Initiated Assembly of Protein Nanofabrics, " che appare nell'attuale numero di Nano Letters, una pubblicazione dell'American Chemical Society. Il coautore Kit Parker è un membro principale della facoltà del Wyss Institute, il Thomas D. Cabot Professore Associato di Scienze Applicate e Professore Associato di Bioingegneria presso SEAS, e membro dell'Harvard Stem Cell Institute.

Nel campo della rigenerazione dei tessuti, la loro tecnologia, che è chiamato nanotessuti proteici, rappresenta un significativo passo avanti. I metodi attuali per la rigenerazione dei tessuti in genere comportano l'uso di polimeri sintetici per creare un'impalcatura. Ma questo approccio può causare effetti collaterali negativi poiché i polimeri si degradano. Al contrario, i nanotessuti sono costituiti dalle stesse proteine ​​del tessuto normale, e quindi il corpo può degradarli senza effetti negativi una volta che non sono più necessari. I primi risultati hanno prodotto filamenti di muscolo cardiaco simili al muscolo papillare, che può portare a nuove strategie di riparazione e rigenerazione in tutto il cuore.

"Con i nanotessuti, possiamo controllare il numero di thread, orientamento, e composizione, e questa capacità ci consente di creare nuovi scaffold di ingegneria tissutale che dirigono la rigenerazione, " ha detto Parker. "Ci consente inoltre di sfruttare le proprietà su scala nanometrica di queste proteine ​​in modi nuovi al di là delle applicazioni mediche. Esiste un'ampia gamma di applicazioni per questa tecnologia che utilizza materiali naturali, o progettista, proteine ​​sintetiche”.

I tessuti ad alte prestazioni sono la seconda applicazione principale di questa tecnologia. Alterando il tipo di proteina utilizzata nella matrice, i ricercatori possono manipolare il conteggio dei thread, orientamento delle fibre, e altre proprietà per creare tessuti dalle proprietà straordinarie. Oggi, un elastico medio può essere allungato dal 500 al 600 percento, ma i tessuti futuri potrebbero essere estensibili fino a 1, 500 per cento. Le applicazioni future per tali tessuti sono tanto diverse quanto l'abbigliamento aderente, bende che accelerano la guarigione, e produzione industriale.

La ricerca fa parte di un programma più ampio in Nanotextiles presso il Wyss Institute e SEAS. Nello stesso numero di Nano lettere, Il team di Parker ha anche riferito dello sviluppo di una nuova tecnologia che fabbrica nanofibre utilizzando un sistema ad alta velocità, getto rotante e ugello. Questa invenzione ha potenziali applicazioni che vanno dagli organi artificiali e dalla rigenerazione dei tessuti agli indumenti e ai filtri dell'aria.

"Il Wyss Institute è molto orgoglioso di essere associato a due scoperte così significative, " ha detto Donald E. Ingber, M.D., dottorato di ricerca, Direttore fondatore del Wyss Institute. "Questi sono ottimi esempi di realizzazione della nostra missione di utilizzare i principi di progettazione della natura per sviluppare tecnologie che avranno un enorme impatto sul modo in cui viviamo".

Il Wyss Institute opera come un'alleanza tra le scuole di medicina di Harvard, Ingegneria, e Arts &Sciences in collaborazione con Beth Israel Deaconess Medical Center, Ospedale dei bambini, Dana Farber Cancer Institute, la Facoltà di Medicina dell'Università del Massachusetts, e Università di Boston.

Emulando i principi della Natura per l'auto-organizzazione e l'autoregolamentazione, I ricercatori Wyss stanno sviluppando nuove soluzioni innovative per l'assistenza sanitaria, energia, architettura, robotica, e manifatturiero. Queste tecnologie vengono tradotte in prodotti commerciali e terapie attraverso collaborazioni con ricercatori clinici e alleanze aziendali.