Usando il DNA, piccole particelle di silice, e nanotubi di carbonio, i ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hanno sviluppato nuovi nanocompositi programmabili che possono essere adattati a varie applicazioni e programmati per degradarsi rapidamente e delicatamente. Per applicazioni mediche, possono creare ambienti in cui le cellule staminali umane possono stabilirsi e svilupparsi ulteriormente. Inoltre, sono adatti per l'installazione di sistemi bioibridi per la produzione di energia, ad esempio. I risultati sono presentati in Comunicazioni sulla natura e sulla piattaforma bioRxiv.

Le cellule staminali sono coltivate per la ricerca fondamentale e lo sviluppo di terapie efficaci contro malattie gravi, cioè., per sostituire il tessuto danneggiato. Però, le cellule staminali formeranno solo tessuto sano in un ambiente adeguato. Per la formazione di strutture tissutali tridimensionali, sono necessari materiali che supportino le funzioni cellulari con perfetta elasticità. Nuovi materiali programmabili adatti all'uso come substrati in applicazioni biomediche sono stati ora sviluppati dal gruppo del professor Christof M. Niemeyer dell'Istituto per le interfacce biologiche, insieme ai colleghi dell'Istituto di ingegneria e meccanica dei processi meccanici, l'Istituto Zoologico, e l'Istituto di Interfacce Funzionali di KIT. Questi materiali possono essere utilizzati, tra l'altro, per creare ambienti in cui le cellule staminali umane possono stabilirsi e svilupparsi ulteriormente.

Come riportato dai ricercatori in Comunicazioni sulla natura , i nuovi materiali sono costituiti da DNA, piccole particelle di silice, e nanotubi di carbonio. "Questi compositi sono prodotti da una reazione biochimica e le loro proprietà possono essere regolate variando le quantità dei singoli costituenti, " spiega Christof M. Niemeyer. Inoltre, i nanocompositi possono essere programmati per una rapida e delicata degradazione e rilascio delle cellule cresciute all'interno, che possono poi essere utilizzati per ulteriori esperimenti.

Nuovi materiali per sistemi bioibridi

Secondo un'altra pubblicazione del team sulla piattaforma bioRxiv bioscience, i nuovi nanocompositi possono essere utilizzati anche per la costruzione di sistemi bioibridi programmabili. "L'uso di microrganismi viventi integrati in dispositivi elettrochimici è un campo di ricerca in espansione, " afferma il professor Johannes Gescher dell'Institute for Applied Biosciences (IAB) di KIT, che è stato coinvolto in questo studio. "È possibile produrre celle a combustibile microbiche, biosensori microbici, o bioreattori microbici in questo modo."

Il sistema bioibrido realizzato dai ricercatori del KIT contiene il batterio Shewanella oneidensis. È esoelettrogeno, il che significa che quando la sostanza organica viene degradata per mancanza di ossigeno, viene prodotta una corrente elettrica. Quando Shewanella oneidensis viene coltivata nei nanocompositi sviluppati da KIT, popola la matrice del composito, mentre il batterio Escherichia coli non esoelettrogeno rimane sulla sua superficie. Il composito contenente Shewanella rimane stabile per diversi giorni. Il lavoro futuro sarà volto ad aprire nuove applicazioni di bioingegneria dei nuovi materiali.