(PhysOrg.com) -- Il calcio è stato spesso definito "un gioco di pollici, ma la biologia è un gioco di nanometri, dove differenze spaziali di pochi nanometri possono determinare il destino di una cellula - se vive o muore, rimane normale o diventa canceroso. Gli scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno sviluppato un modo nuovo e migliore per studiare l'impatto dei modelli spaziali sulle cellule viventi.

Il chimico del Berkeley Lab Jay Groves ha condotto uno studio in cui membrane artificiali costituite da un doppio strato fluido di molecole lipidiche sono state incorporate con array fissi di nanoparticelle d'oro per controllare la spaziatura delle proteine ​​e di altre molecole cellulari poste sulle membrane. Ciò ha fornito ai ricercatori un'opportunità senza precedenti di studiare come i modelli spaziali delle proprietà chimiche e fisiche sulle superfici delle membrane influenzano il comportamento delle cellule.

“Le nanoparticelle d'oro sono simili alle dimensioni di una singola molecola proteica, che ci porta a una scala a cui non potevamo davvero accedere prima, "dice Groves. “Come primo esempio di una piattaforma a membrana biologica che combina il nanopatterning fisso con la mobilità dei doppi strati lipidici fluidi, la nostra tecnica rappresenta un importante miglioramento rispetto ai precedenti metodi di modellazione.”

Groves tiene appuntamenti congiunti con la divisione di bioscienze fisiche del Berkeley Lab e il dipartimento di chimica di Berkeley dell'Università della California (UC), ed è un investigatore dell'Howard Hughes Medical Institute (HHMI). È l'autore corrispondente di un articolo che riporta questi risultati sulla rivista Nano lettere . Il documento è intitolato "Membrane supportate integrate con array fissi di nanoparticelle d'oro".

Il patterning spaziale delle proprietà chimiche e fisiche sulle membrane artificiali dei doppi strati lipidici è un modo collaudato per studiare il comportamento delle cellule biologiche in coltura. Le membrane a doppio strato lipidico naturale circondano praticamente tutte le cellule viventi così come molte delle strutture all'interno della cellula, compreso il nucleo. Queste membrane forniscono una barriera che limita il movimento delle proteine ​​e di altre molecole cellulari, rinchiudendoli nelle loro posizioni corrette e impedendo loro di spostarsi in aree a cui non appartengono. Gli sforzi passati di modellazione spaziale su membrane artificiali sono stati fatti su una base tutto o niente:le proteine ​​poste su una membrana avevano una mobilità completa o erano fissate in una posizione statica.

“Il patterning immobile sconfigge intrinsecamente qualsiasi processo cellulare che coinvolga naturalmente il movimento, "Dice Groves. "D'altra parte dobbiamo essere in grado di imporre alcune barriere fisse per manipolare le membrane in modi davvero nuovi".

Groves è un leader riconosciuto nello sviluppo di membrane sintetiche "supportate" uniche, costruite con lipidi e assemblate su un substrato di silice solida. Lui e il suo gruppo hanno usato queste membrane supportate per dimostrare che le cellule viventi non interagiscono solo con il loro ambiente attraverso segnali chimici ma anche attraverso la forza fisica.

“Chiamiamo il nostro approccio la strategia di mutazione spaziale perché le molecole in una cellula possono essere riorganizzate spazialmente senza alterare la cellula in nessun altro modo, "dice.

Però, fino ad ora Groves e il suo gruppo non sono stati in grado di raggiungere le scale di lunghezza delle decine di nanometri che ora possono raggiungere incorporando le loro membrane supportate con nanoparticelle d'oro.

“Le nostre nuove membrane forniscono un'interfaccia ibrida composta da componenti mobili e immobili con geometria controllata, "Dice Groves. “Le proteine ​​o altre molecole cellulari possono essere associate alla componente lipidica fluida, la componente fissa di nanoparticelle, o entrambi.”

Gli array di nanoparticelle d'oro sono stati modellati attraverso un processo di autoassemblaggio che fornisce una spaziatura controllabile tra le particelle nell'array nell'importante intervallo da 50 a 150 nanometri. Le stesse nanoparticelle d'oro misurano da cinque a sette nanometri di diametro.

Groves e il suo team hanno testato con successo le loro membrane ibride su una linea di cellule del cancro al seno nota come MDA-MB-231 che è altamente invasiva. Con le loro membrane ibride, il team ha dimostrato che in assenza di molecole di adesione cellulare, la membrana è rimasta sostanzialmente libera dalle cellule cancerose, ma quando sia le nanoparticelle che il lipide sono stati funzionalizzati con molecole che promuovono l'adesione cellulare, le cellule tumorali sono state trovate su tutta la superficie.

Groves e il suo gruppo di ricerca stanno ora utilizzando le loro membrane di nanoparticelle d'oro per studiare sia le metastasi del cancro che l'immunologia delle cellule T. Si aspettano di comunicare presto i loro risultati.