(Phys.org) —Una classe di amanti dell'acqua, materiali gelatinosi con usi che vanno dal banale, come le fodere per pannolini superassorbenti, al sofisticato, come lenti a contatto morbide, potrebbe essere sfruttato per una nuova linea di lavoro serio:testare gli effetti biologici delle nanoparticelle ora in fase di studio per una grande varietà di usi.

Una nuova ricerca degli scienziati del National Institute of Standards and Technology (NIST) dimostra che scaffold tridimensionali realizzati con cellule e materiali di supporto noti come idrogel possono fungere da piattaforme di misurazione realistiche per valutare come i piccoli materiali ingegnerizzati interagiscono con cellule e tessuti. Il loro studio di prova suggerisce che gli scaffold di tessuto idrogel possono essere un "potente ponte" tra gli attuali test di laboratorio e i test che utilizzano modelli animali.

Oggi, i test di laboratorio delle nanoparticelle di solito comportano l'esposizione di uno strato bidimensionale di cellule al materiale di interesse. Oltre ad essere discutibili sostituti delle complesse strutture cellulari che compongono i tessuti e gli organi all'interno del corpo, questi test possono dare risultati contrastanti, spiega la chimica analitica Elisabeth Mansfield, ricercatore capo del nuovo studio NIST.

"Il nostro studio mostra che a base di idrogel, scaffold di ingegneria tissutale possono fornire ambienti più realistici per studiare la biologia cellulare influenzata dalle nanoparticelle per lunghi periodi, " dice. È importante sottolineare che la ricerca del NIST mostra che gli studi che impiegano lo scaffold non richiedono l'esposizione delle cellule a nanoparticelle in dosi che superano i normali livelli di esposizione.

Gli idrogel sono reti di filamenti, molecole polimeriche ramificate con estremità che si attaccano alle molecole d'acqua, tanto che il 99,9 percento di un idrogel può essere costituito da acqua. A seconda della distanza tra i trefoli (la cosiddetta dimensione delle maglie) e di altri fattori, gli idrogel possono supportare e promuovere la crescita e la differenziazione delle popolazioni cellulari.

Mentre gli idrogel si trovano naturalmente, un esempio è la cartilagine, il team del NIST ha scelto di crearne uno proprio, dando loro il controllo sulla dimensione delle maglie negli scaffold che hanno creato.

Nel loro esperimento, il team ha utilizzato glicole polietilenico, un polimero comune utilizzato nelle creme per la pelle, dentifricio, lubrificanti e altri prodotti, per creare tre idrogel con maglie di dimensioni diverse. Un set di idrogel è stato popolato con cellule di ratto contenenti materiali semiconduttori ultrapiccoli noti come punti quantici. Quando esposto alla luce, i punti quantici emettono forti segnali fluorescenti che hanno permesso ai ricercatori di tracciare il destino delle cellule trattate negli scaffold sintetici.

I risultati sono stati confrontati con quelli di cellule trattate in modo simile cresciute in un unico strato su un substrato, simile ai normali test tossicologici di laboratorio.

I ricercatori del NIST hanno scoperto che le cellule si diffondono attraverso l'impalcatura di idrogel, formando una struttura tissutale persistente. Punti quantici attaccati alle membrane cellulari e, col tempo, sono stati assorbiti nelle cellule.

Gli scaffold tridimensionali vengono spesso utilizzati per testare le cellule per esperimenti di più settimane, e i ricercatori del NIST hanno scoperto che i punti quantici possono essere rilevati per quattro o più giorni all'interno dell'impalcatura.

Per quanto significativo, le cellule che popolavano gli scaffold di idrogel sono state esposte a livelli inferiori di punti quantici, fornendo uno scenario più rappresentativo per la valutazione degli effetti biologici.

Il team del NIST conclude che, rispetto alle colture cellulari convenzionali, scaffold idrogel forniscono un più realistico, ambiente biologico più longevo per studiare come le nanoparticelle ingegneristiche interagiscono con le cellule. Inoltre, gli scaffold ospiteranno studi su come queste interazioni evolvono nel tempo e su come possono cambiare le caratteristiche fisiche delle nanoparticelle.