Una vescicola extracellulare, una nanoparticella rilasciata dalle cellule, può utilizzare movimenti a scatti simili a quelli di un'auto che si muove dentro e fuori dal traffico per navigare nell'ambiente pieno di ostacoli al di fuori delle cellule, secondo le nuove scoperte fatte dai ricercatori dell'Università dell'Illinois a Chicago.

Le loro scoperte, pubblicato in Nanotecnologia della natura , sono un primo passo fondamentale per utilizzare in modo efficiente le vescicole extracellulari, o veicoli elettrici, come una terapia mirata alle malattie, come lesioni polmonari e cancro.

"Sebbene i veicoli elettrici siano stati scoperti più di 30 anni fa, molti credevano che i veicoli elettrici fossero spazzatura cellulare intrappolata nella matrice extracellulare, " ha detto l'autore senior Jae-Won Shin, Professore assistente UIC di farmacologia e bioingegneria presso il College of Medicine. "Negli ultimi 10 anni, il campo ha imparato che i veicoli elettrici non sono spazzatura. Svolgono un ruolo fondamentale nell'invio di segnali per la comunicazione a lunga distanza tra le cellule".

La matrice extracellulare è una rete gelatinosa di catene proteiche e zuccheri compattati che circonda le cellule. Per capire come miliardi di veicoli elettrici navigano attraverso la matrice, Il laboratorio di Shin ha utilizzato immagini migliorate, tecnologie di etichettatura delle vescicole e acquisizione del movimento che non erano disponibili decenni fa.

"Abbiamo visto che le lacune nella matrice erano più piccole delle dimensioni dei veicoli elettrici e pensavamo che viaggiare sarebbe stato difficile, "Shin ha detto. "È stata una sorpresa quando abbiamo osservato che i veicoli elettrici viaggiavano molto più facilmente di quanto pensassimo in determinate condizioni".

I ricercatori hanno utilizzato una matrice artificiale, chiamato idrogel, per studiare se la sua struttura ha avuto un ruolo nella navigazione dei veicoli elettrici. Personalizzano la rigidità dell'idrogel e quanto bene l'idrogel potrebbe rilassarsi dopo essere stato stressato da un oggetto al fine di rendere l'idrogel più o meno simile alla matrice nel corpo.

"I veicoli elettrici si sono bloccati quando l'idrogel non è riuscito a rilassarsi nel tempo, come la gomma, " disse Stefano Lenzini, primo autore e studente laureato UIC presso il College of Engineering. "L'idrogel doveva avere una spina dorsale rigida per fornire una sorta di struttura, ma dopo uno stress ha dovuto anche rilassarsi abbastanza da riorganizzarsi nel tempo, che ha permesso ai veicoli elettrici di muoversi. La scoperta interessante è stata che questa capacità di movimento che si verificava per i veicoli elettrici in alcuni materiali non si verificava per particelle sintetiche di dimensioni simili".

La stessa membrana utilizzata dai veicoli elettrici per proteggere il carico era essenziale anche per la propria flessibilità in spazi ristretti. Quando l'acquaporina-1, una proteina di membrana che consente all'acqua di entrare e uscire dai veicoli elettrici, ha smesso di funzionare, i veicoli elettrici si sono bloccati. La permeazione dell'acqua attraverso l'acquaporina-1 nella membrana era essenziale affinché i veicoli elettrici scivolassero attraverso le fessure dell'idrogel.

"Questo studio ha aperto nuove strade nello studio della distribuzione dei veicoli elettrici e del loro contenuto attraverso i tessuti, " Disse Lenzini.

I risultati fanno avanzare il gruppo di ricerca dell'UIC più vicino alla progettazione di sistemi di consegna efficaci, secondo Shin.

"Esistono una serie di malattie che subiscono cambiamenti sostanziali nel loro ambiente. Nella fibrosi e in alcuni tumori, i tessuti e la matrice diventano più rigidi con il passare del tempo. In alcuni tumori, la distribuzione dei veicoli elettrici ha portato alla diffusione della malattia, " disse. "Allora, capire come vengono dispersi i veicoli elettrici è fondamentale per lo sviluppo di queste terapie prive di cellule e per fermare la progressione della malattia".