(PhysOrg.com) - Una grande domanda nella medicina rigenerativa è come fornire in modo più efficace le cellule staminali, così come altre cellule benefiche, proteine ​​e grandi molecole - ai tessuti danneggiati come il midollo spinale, cuore e cervello.

Un team della Northwestern University è il primo a dimostrare un metodo che fornisce cellule nello stesso allineamento delle cellule trovate in questi tessuti, che potrebbe avviare una nuova crescita e guarigione. I risultati sono pubblicati come storia di copertina nel numero di luglio della rivista Materiali della natura .

Nello studio, i ricercatori hanno prodotto "stringhe" di gel lunghe un centimetro di nanofibre allineate contenenti cellule viventi allineate in modo lineare. Queste stringhe di cellule, che sono flessibili, biodegradabile e realizzabile in diverse lunghezze e larghezze, potrebbe essere posizionato chirurgicamente sul tessuto danneggiato, dove aderirebbero naturalmente.

"Abbiamo scoperto come allineare i filamenti su scala nanometrica con la mano umana su lunghe distanze, producendo un'impalcatura che possiamo popolare con cellule, proteine ​​o altre grandi molecole, " ha detto Samuel I. Stupp, l'autore senior del documento, Consiglio Direttivo Professore di Chimica, Scienze dei materiali e Ingegneria, e Medicina, e direttore dell'Istituto per la BioNanotecnologia in Medicina (IBNAM).

Le cellule, proteine ​​o altre molecole si muovono attraverso il filo a forma di noodle, paralleli alle pareti della corda e molto simili ai veicoli su un'autostrada, e diffondere le estremità al tessuto. "Si tratta di una consegna altamente direzionale, che aumenta le possibilità di una rigenerazione di successo, "Stupp ha detto. "Stiamo abbinando la morfologia dei tessuti naturali."

Il metodo ha già mostrato risultati promettenti nell'accelerare la rigenerazione dei tessuti. Uno studio recente, guidato da Carol Podlasek, assistente professore di urologia presso la Feinberg School of Medicine della Northwestern, ha mostrato che un nervo critico spesso danneggiato durante un intervento chirurgico alla prostata per rimuovere una ghiandola cancerosa si rigenera più rapidamente quando una proteina speciale viene consegnata al nervo tramite il gel di pasta di Stupp.

Stupp sta collaborando con altri ricercatori su studi che utilizzano il gel di pasta per la consegna di cellule staminali. Un progetto con H. Georg Kuhn del Centro per la riparazione del cervello di Göteborg, Svezia, si concentrerà sull'uso delle strutture allineate come autostrade per deviare le cellule staminali da una parte del cervello dove sono abbondanti ad altre dove potrebbero essere necessarie per curare le malattie, come il morbo di Parkinson. Stupp e John A. Kessler, il professore Ken e Ruth Davee di biologia delle cellule staminali a Feinberg, stanno esplorando l'uso di forme bioattive del gel di pasta come strategia per invertire la paralisi nelle lesioni croniche del midollo spinale.

Per creare il gel di pasta, Stupp e il suo team iniziano con aggregati di molecole anfifile peptidiche appositamente progettate in acqua. Il riscaldamento della soluzione li fa emergere in lastre piane bidimensionali sospese in acqua. Una volta raffreddato, i fogli si rompono spontaneamente in fasci di fibre, formando irreversibilmente un insolito cristallo liquido. I ricercatori poi mescolano le cellule nel cristallo liquido e, usando una pipetta, aspirare il liquido a mano su una soluzione salina. Il liquido gelifica immediatamente; il risultato è una stringa a forma di pezzo di spaghetti cotti e composta da nanofibre allineate con enormi popolazioni di cellule incapsulate.

Nell'ambito dello studio, i ricercatori hanno incapsulato le cellule cardiache nella stringa simile a un noodle e misurato i segnali elettrici. I segnali fluivano da un'estremità all'altra della stringa in millisecondi, come un filo, ma di cellule, non di metallo. Ciò dimostra il potenziale per il gel di nanofibre allineato da utilizzare per la trasmissione del segnale a lungo raggio nei principali organi del corpo.

Questo nuovo metodo è meno dannoso per le cellule viventi rispetto ai metodi esistenti per creare fibre allineate su lunghe distanze, che in genere si basano su forze elettriche o meccaniche.

La forza gentile di una mano umana che trascina il cristallo liquido su una superficie allinea le fibre in una direzione; una soluzione salina può congelare istantaneamente l'allineamento prima che il disordine si presenti. Stupp e la coautrice Monica Olvera de la Cruz, un avvocato Taylor Professor e professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la McCormick School of Engineering and Applied Science della Northwestern, credono che le insolite forme di cristalli liquidi siano il risultato di un fenomeno che descrivono come "instabilità di Rayleigh bidimensionale". Il facile allineamento dei filamenti su scala nanometrica può essere utilizzato anche per allineare i nanotubi di carbonio, come dimostrato nello studio, o altre strutture conduttive di interesse in applicazioni elettroniche non biologiche.