(Phys.org)— I ricercatori dei Sandia National Laboratories e dell'Università del New Mexico (UNM) hanno creato cellule di mammifero "zombi" che potrebbero funzionare meglio dopo la morte.

La semplice tecnica riveste una cellula con una soluzione di silice per formare una replica quasi perfetta della sua struttura. Il processo può semplificare un'ampia varietà di processi di fabbricazione commerciale dalla nanoscala alla macroscala.

Il lavoro, riportato in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ), utilizza gli organelli nanoscopici e altri minuscoli componenti delle cellule dei mammiferi come modelli fragili su cui depositare la silice. I ricercatori quindi riscaldano la cellula per bruciare le sue proteine. Le risultanti strutture in silice indurita sono fedeli alle caratteristiche esterne e interne della cellula precedentemente vivente, può sopravvivere a pressioni e temperature maggiori di quanto la carne abbia mai potuto fare, e possono svolgere alcune funzioni meglio di quando erano in vita, ha detto il ricercatore capo Bryan Kaehr, uno scienziato dei materiali Sandia.

"È molto difficile per i ricercatori costruire strutture su scala nanometrica, " ha detto Kaehr. "Possiamo fare particelle e fili, ma le strutture arbitrarie 3-D non sono ancora state raggiunte. Con questa tecnica, non abbiamo bisogno di costruire quelle strutture:la natura lo fa per noi. Abbiamo solo bisogno di trovare le cellule che possiedono il macchinario che vogliamo e copiarlo usando la nostra tecnica. E, usando la chimica o il modello di superficie, possiamo programmare un gruppo di cellule per formare qualsiasi forma sembri desiderabile."

Il professore dell'UNM e Sandia Fellow Jeff Brinker ha aggiunto, "Il processo replica fedelmente le caratteristiche dalla nanoscala alla macroscala in un robusto, forma tridimensionale stabile che resiste al restringimento anche in caso di riscaldamento a oltre 500 gradi centigradi [932 gradi Fahrenheit]. La refrattarietà di queste delicate strutture è sorprendente".

La procedura insolita ma semplice può servire da modello per la creazione di classi più resistenti di prodotti nanoscopici.

Poiché una cellula è popolata da una vasta gamma di proteine, lipidi e impalcature, il suo interno è pronto per modellare i catalizzatori, imbuti, assorbenti e altre nanomacchine utili, ha detto Kaehr, un ex Sandia Truman Fellow.

I catalizzatori che si evolvono nelle cellule sono enzimi che devono mantenere una certa forma affinché la loro chimica funzioni. Poiché la struttura è importante per il funzionamento, stabilizzare un catalizzatore nella forma in cui si è evoluto è importante, ha detto Kaehr. La silice indurita dal calore stabilizzerebbe e proteggerebbe la proteina ancora presente mentre svolgeva il suo lavoro.

Lo studente post-dottorato dell'UNM Jason Townson ha affermato che l'uso più immediato della silicizzazione potrebbe essere un modo semplice per preservare la struttura dei materiali organici per l'imaging.

"In precedenza, per la conservazione interna e successiva imaging, una cellula sarebbe fissata in formaldeide o qualche altro conservante. Ma molti di questi metodi sono ad alta intensità di lavoro, " Townson ha detto. "Questo metodo è semplice. Le cellule conservate non diventeranno mai sciatte nel decadimento. E quando abbiamo aperto la struttura risultante, siamo rimasti stupefatti dal modo in cui la cella è stata preservata, fino al solco minore del DNA della cellula."

Riscaldare la cella a temperature ancora più elevate (superiori a 400 gradi C) fa evaporare il materiale organico della cellula, la sua proteina, e lascia la silice in una sorta di replica tridimensionale in cera di Madame Tussauds di un essere precedentemente vivente. La differenza è che invece di modellare il viso, dire, di un famoso criminale, le celle a base di silice indurita mostrano strutture mineralizzate interne con caratteristiche complesse che vanno da scale di lunghezza da nano a millimetrica.

Il processo di costruzione è relativamente semplice:prendi alcune cellule di mammifero che fluttuano liberamente, metterli in una capsula di Petri e aggiungere l'acido silicico.

Attraverso l'azione del metanolo, un sottoprodotto dell'acido, gli strati lipidici della cellula, gli involucri protettivi che mantengono intatta la cellula, sono ammorbiditi e resi abbastanza porosi da consentire alla silice di fluire all'interno a circa la temperatura del corpo umano.

L'acido silicico, per ragioni ancora in parte oscure, entra senza intasarsi ed in effetti imbalsamare ogni organello nella cellula dalla scala micro- alla scala nanometrica.

Se la cella non è riscaldata, la silice forma una sorta di armatura permeabile attorno alla proteina della cellula vivente. Questo può supportarlo abbastanza da fungere da catalizzatore a temperature e pressioni impensate dalla natura.

"Una volta che abbiamo usato la silice per stabilizzare la struttura cellulare, può ancora effettuare reazioni e, ma ancora più importante, quella reazione è abbastanza stabile da funzionare ad alte temperature, " Kaehr ha detto. "Il metodo è anche un mezzo per prendere un morbido, materiale biologico potenzialmente prezioso e convertirlo in un fossile che rimarrà sui nostri scaffali a tempo indeterminato".

ordinariamente, conservare qualcosa di biologico significa congelarlo, che è ad alta intensità energetica, Egli ha detto. Anziché, "Stiamo facendo una rapida fossilizzazione:convertiamo rapidamente una cellula protoplasmatica in una struttura dura che resisterà alla prova del tempo".

Gli esperimenti hanno mostrato che la cella può essere utilizzata come stampo inverso da cui, a 900 gradi C, una struttura carbonizzata porosa risulta dal riscaldamento di proteine ​​cellulari nel vuoto. In altre parole, allo stesso modo in cui bruciare legna in aria lascia un residuo di fuliggine senza struttura, il metodo di riscaldamento zombie si traduce in una struttura in carbonio di alta qualità. La successiva dissoluzione del supporto di silice sottostante ha ridotto la resistenza elettrica della cella di circa 20 volte. Tali materiali avrebbero un'utilità sostanziale nelle celle a combustibile, tecnologie di decontaminazione e sensori.

Il fatto che risultati così straordinari possano essere ottenuti mediante la silicizzazione delle cellule indica che molte architetture cellulari morbide potrebbero essere "materia prima per la maggior parte delle procedure di lavorazione dei materiali, compresi quelli che richiedono alte temperature e pressioni, "Secondo il documento tecnico.

Altre strutture di materiali porosi, affidandosi al titanio invece che alla silice, have been formed using the organic template technique. Other metal oxides, said Kaehr, are a possibility. These would have more complex structural functions or could serve as catalysts.

The work follows the efforts of a number of scientific groups, including Kaehr's, that have built gel-like structures, copied them with silica and then burned off the gel to create, in effect, large sponges.

"Now we can change the biological shape and calcify (heat) it, so for the first time we get new irregular structures, " Kaehr said.

Summing up, Kaehr offers what may be the first distinction in scientific literature between a mummy cell and a zombie cell:"King Tut was mummified, " Egli ha detto, "to approximately resemble his living self, but the process took place without mineralization [a process of fossilization]. Our zombie cells bridge chemistry and biology to create forms that not only near-perfectly resemble their past selves but can do future work."