Usare il DNA per costruire tessuti da zero

Se ti trovassi in un bar a prendere un caffè, magari useresti il tuo computer per controllare la posta elettronica o lavorare. Ma se fossi in un ristorante, probabilmente non potresti fare lo stesso. I nostri comportamenti sono spesso influenzati dall’ambiente circostante e lo stesso vale per le cellule.

La matrice extracellulare, in blu, vista al microscopio. In questa immagine sono state colorate le fibre collagene (una proteina che aiuta a mantenere la struttura). Clicca per maggiori dettagli.

Il comportamento di una cellula dipende dai segnali che riceve dall’ambiente circostante, come la matrice extracellulare (MEC). La matrice extracellulare è molto complessa ed è un ambiente mutevole attraverso il quale si muovono diverse molecole. La sua esatta composizione, così come la sua rigidità, cambia in continuazione nelle sue diverse regioni e nel tempo. La possibilità di realizzare qualcosa di simile con biomateriali artificiali è al centro di molte aree della biologia.

Nel mondo nano biologico, è particolarmente importante per l'ingegneria tissutale. Nell'ingegneria tissutale, gli scienziati devono essere in grado di influenzare l'intero ambiente cellulare e tissutale. In questo modo, possono controllare meglio come risponde una cellula di interesse. Oltre che nell'ingegneria tissutale, una matrice extracellulare artificiale potrebbe essere usata anche per far rigenerare le cellule, per riparare i tessuti o per combattere la diffusione di un tumore.

Alcuni ricercatori stanno usando il DNA per modificare i biomateriali che erano stati creati per imitare la matrice extracellulare. Idealmente, questo consentirebbe loro di controllare il comportamento delle cellule, quasi come un interruttore ON-OFF. Immagine di Clker-Free-Vector-Images via Pixabay.

Finora, i ricercatori hanno realizzato vari biomateriali con il DNA, il che ha aperto le porte a nuovi sviluppi. Ma molti biomateriali costruiti con il DNA sono stati utilizzati più per verificare il principio. Ciò significa che vengono utilizzati solo per dimostrare che può essere fatto. Non sono ancora stati utilizzati negli studi di ingegneria tissutale; tuttavia, esempi chiave mostrano l'importanza dei biomateriali a base di DNA in quel campo.

Uno in particolare ha permesso lo scambio di molecole coinvolte nella migrazione cellulare e nella crescita cellulare. Un materiale simile alla matrice extracellulare è stato modificato con il DNA. In base a come il DNA interagiva con le altre molecole, il materiale poteva modificare come rispondeva la cellula. Questo funziona un po' come un interruttore ON / OFF. Materiali come questo potrebbero permetterci di controllare dove vanno le cellule e quale tipo specifico di cellule diventano.  

Robot al comando?

Questi esempi mostrano un grande controllo sulle cellule e sulle molecole, ma cosa accadrebbe se volessimo un sistema in grado di funzionare e controllarsi da solo? È stato realizzato un nuovo materiale con DNA modificato che può agire in risposta agli input provenienti dalle cellule che circonda. Può rilasciare molecole speciali in base alle attività di quelle cellule. Una gabbia molecolare che trasporta una sostanza si attacca a una cellula bersaglio, mentre è legata anche al biomateriale. Quando le cellule cercano di migrare o allontanarsi dalla gabbia, la gabbia si distende e rilascia il carico. Questo è un po' diverso da quanto avviene con altre gabbie che rispondono ai cambiamenti ambientali. Piuttosto che rispondere a un cambiamento generale del pH o della temperatura, risponde ai segnali fisici provenienti dalle cellule vicine.

Tali materiali evitano la necessità di risposte in momenti specifici. Invece, sistemi come questo potrebbero essere utilizzati secondo necessità, ad esempio per aiutare a guarire i tessuti ogni volta che si verificano delle lesioni.

Questi sono solo alcuni esempi di come i biomateriali costruiti per una nanoscala possano essere utilizzati nell'ingegneria tissutale. Il campo delle bionanotecnologie è relativamente nuovo, quindi la nostra esplorazione di come il DNA può essere utilizzato nel campo è ancora solo all'inizio.