Cercetătorii propun un nou cadru pentru analiza mecanismelor celulelor artificiale
Cum ar fi dacă proprietățile mecanice ale unei celule ar putea fi programate asemenea componentelor unei mașini?
Cercetătorii de la Universitatea din Tokyo au descoperit că cele două moduri fundamentale de deformare celulară, întinderea și îndoirea, pot fi controlate independent, folosind diferite blocuri moleculare. Această constatare oferă o nouă strategie pentru ingineria celulelor artificiale, capsulele de livrare a medicamentelor și materialele moi adaptive, având funcții mecanice personalizate cu precizie.
Miho Yanagisawa, un profesor asociat la Universitatea din Tokyo, și Kazutoshi Masuda, un student la doctorat, au dezvoltat un cadru nou pentru analiza mecanicii celulelor artificiale. Utilizând microdrople lipidice acoperite ca modele simplificate de celule, ei au combinat experimentele de aspirație cu micropipete cu un model teoretic care desparte mecanica membranei în contribuții de întindere și îndoire. Această abordare a reușit să surprindă comportamentele de deformare nonliniare pe care modelele convenționale nu le puteau explica.
Cercetătorii au constatat că geometria moleculară a lipidelor determină în principal elasticitatea la întindere a membranei. În schimb, atunci când motivele de ADN în formă de Y au fost interconectate pentru a forma o rețea tridimensională, ele au creat un cadru la scară nanometrică care a sporit dramatic rezistența la îndoire, lăsând elasticitatea la întindere în mare parte neschimbată.
Studiul dezvăluie o diviziune clară a muncii mecanice la nivel molecular: lipidele reglează întinderea, în timp ce rețelele de ADN tridimensionale reglează îndoirea. Această cercetare demonstrează că funcțiile mecanice distincte pot fi programate independent prin designul molecular, mai degrabă decât a face celulele artificiale doar mai rigide sau mai moi.
Descoperirile oferă un plan pentru ingineria celulelor artificiale, transportatorilor de medicamente și materialelor moi de nouă generație cu proprietăți mecanice personalizate. Mai general, acestea apropie cercetătorii de construirea sistemelor biomimetice ale căror comportamente mecanice pot fi proiectate de la zero.
