Gli strati monomolecolari interfacciali della proteina sono abbastanza forti tenere una cella

Le cellule umane aderiscono alle matrici extracellulari, quali le superfici modificate del piatto della coltura cellulare ed allungano nelle forme specifiche strisciando lungo il supporto solido. Ma quanto forte una superficie deve essere in modo che le celle non franino?

Gli scienziati dal Giappone recentemente hanno indicato che uno strato monomolecolare della proteina depositato su un'interfaccia del liquido-liquido fra l'acqua e un solvente del perfluorocarbon è abbastanza forte affinchè le cellule staminali mesenchymal umane (hMSCs) aderisse e spargersi fuori.

Celle epitelialiKateryna Kon | Shutterstock

Le cellule umane sono circondate naturalmente dalle matrici extracellulari a cui legano via le proteine della membrana cellulare. Nei nostri organismi, una componente extracellulare comune della matrice è collageno, una proteina fibrosa quella forma le installazioni con altre catene del collageno.

Le celle legano alle componenti specifiche della matrice extracellulare via le proteine membrana-ancorate quale il integrin le connessioni di quella stalla dei moduli. Dal lato citoplasmico, cioè l'interno delle cellule, integrins può connettere alle componenti del citoscheletro, quali le fibre dell'actina che si spargono in tutto il citoplasma e stabilizzano le forme delle cellule.

Quindi, lo scheletro interno può essere ancorato alle impalcature stabili e extracellulari e la cella può muoversi avanti o diffondersi l'impalcatura. Ciò è necessaria affinchè le celle adotti la loro forma specifica delle cellule, quale una forma estesa nel caso delle celle di muscolo.

Nelle colture cellulari del laboratorio, le cellule umane si sviluppano comunemente su una superficie solida stabile che è modificata con l'ancoraggio delle molecole, per esempio polylysine, o in 3 culture dimensionali dell'idrogel in cui le celle possono connettere alle fibre polimeriche che compongono la rete del gel.

C'è un grande interesse della ricerca in 3 colture cellulari dimensionali poichè sono più rappresentative dei tessuti naturali, in cui le celle sono circondate dalla matrice extracellulare e da altre celle. Tuttavia, la rigidezza delle fibre del gel-polimero deve essere ottimizzata in moda da poterle portare essi la tensione di una cella ancorata che intende allungarsi nella sua forma desiderata.

I ricercatori dal Giappone, piombo dal professor Katsuhiko Ariga, recentemente hanno indicato che uno strato monomolecolare della proteina depositato ad un'interfaccia fra un perfluorocarbon e un liquido acquoso può essere abbastanza forte affinchè le celle aderisse ed allungare, sollevando le nuove possibilità per l'ottimizzazione dei materiali per coltura cellulare.

Posizionando le ancore ad un'interfaccia del Liquido-liquido

I ricercatori hanno provato due solventi differenti del perfluorocarbon con idrosolubilità bassa, per formare un'interfaccia con un media acquoso della coltura cellulare. Il primo era il perfluorodecalin più viscoso (PFD) ed il secondo il perfluorotributylamine meno viscoso e contenente azoto (PFTBA).

I liquidi del perfluorocarbon sono stati sovrapposti di soluzioni acquose della proteina e le proteine hanno formato spontaneamente gli strati monomolecolari all'interfaccia. Provando con la proteina BSA (albumina di siero bovino), i ricercatori hanno indicato che un più forte strato monomolecolare della proteina si è formato all'interfaccia di PFTBA.

Successivamente, hanno preparato gli strati monomolecolari dal fibronectin della proteina, che può servire da ancora per le cellule staminali mesenchymal umane (hMSC) legando con il loro integrin della proteina della membrana.

Gli scienziati hanno usato la microscopia per valutare l'associazione delle celle allo strato monomolecolare della proteina e per determinare quanto le celle possono allungare misurando la loro area.

Parallelamente, hanno analizzato la rigidezza dello strato monomolecolare della proteina dal AFM (microscopia atomica della forza) e la folding proteico nello strato monomolecolare da ATR-FTIR (riflesso totale attenuato - spettroscopia infrarossa di trasformata di fourier).

Gli strati monomolecolari denaturati della proteina possono tenere una cella

Quando il composto PFTBA del perfluorocarbon è stato usato, i forti strati monomolecolari della proteina formati e ATR-FTIR hanno indicato che questi sono stati composti di proteine denaturate. Poiché la denaturazione della proteina abbassa spesso l'idrosolubilità della proteina, le reti possono formarsi dal crollo idrofobo.

I ricercatori potrebbero indicare che i hMSCs potrebbero aderire bene a questi livelli ed hanno adottato una forma allungata, dimostrante che gli strati monomolecolari potrebbero resistere alla tensione applicata da una cella mentre sta allungando.

Gli strati monomolecolari sul perfluorocarbon PFD nel frattempo erano più flessibili e l'estensione di denaturazione della proteina era più bassa. Poichè le proteine in questi strati monomolecolari potrebbero diffondersi più facilmente, non hanno servito da forte ancora e conseguentemente, i hMSCs sono rimanere in una forma arrotondata piuttosto che allungando lungo la superficie dello strato monomolecolare.

Questa ricerca potrebbe contribuire a capire meglio come le celle rispondono alle superfici con rigidezza differente, come gli autori di studio hanno dimostrato che la flessibilità degli strati monomolecolari della proteina può abbastanza bene essere modificata cambiando i liquidi diformazione.

Poichè gli autori di studio evidenziano più ulteriormente, la conoscenza che gli strati monomolecolari della proteina inscatolano le celle di sostegni per adottare la loro forma naturale potrebbe piombo agli idrogel migliori della coltura cellulare. Indipendentemente dalla molecola gelificante, potrebbe essere considerato per fissare gli strati monomolecolari stabili della proteina in modo che le celle aderite non franassero quando applicano una tensione.

Mentre non è stato provato nello studio presente se le celle aderite agli strati monomolecolari interfacciali della proteina potrebbero svilupparsi e dividersi, per gli studi futuri sarebbe utile sapere se gli esperimenti più a lungo termine con le colture cellulari sviluppanti sono possibili pure.

Sorgente

Jia X et al., modulazione delle cellule staminali Mesenchymal Mechanosensing alle interfacce fluide dagli strati monomolecolari Auto-Montati adattati della proteina. Piccolo 2019, 15 (5), 1804640; DOI: 10.1002/smll.201804640.

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Last Updated: Sep 25, 2019

Christian Zerfaß, Ph.D.

Written by

Christian Zerfaß, Ph.D.

Christian is an enthusiastic life scientist who wants to understand the world around us. He was awarded a Ph.D. in Protein Biochemistry from Johannes Gutenberg University in Mainz, Germany, in 2015, after which he moved to Warwick University in the UK to become a post-doctoral researcher in Synthetic Biology.

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