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Studiando la viscosità del citoplasma, studi migliorano conoscenze sul cancro

Alcuni ricercatori finanziati dall’UE e provenienti da Germania e Polonia hanno fatto delle scoperte rivoluzionarie sulla viscosità del citoplasma della cellula, che potrebbero fare avanzare le nostre conoscenze del citoplasma delle cellule del cancro.

Coordinato da ricercatori dell’Istituto di chimica fisica dell’Accademia polacca delle scienze (IPC PAS), il team è stato in parte sostenuto da un contributo per l’Economia innovativa del Fondo europeo di sviluppo regionale (FESR).

La viscosità è una misura della resistenza o della densità di un fluido. Meno è viscoso il fluido, maggiore è la sua fluidità o la facilità di movimento al suo interno. L’acqua per esempio ha una viscosità bassa, mentre il miele, che è allo stesso tempo più denso e più corposo, ha una viscosità più alta.

È stato Albert Einstein a occuparsi per la prima volta della viscosità di fluidi complessi nel 1906 e da allora sono state condotte molte ricerche sulla viscosità del citoplasma della cellula.
Nel corso degli anni, sono state raccolte le prove che indicano che nonostante una viscosità del citoplasma alta (che in teoria risulta in una bassa facilità di movimento all’interno del citoplasma), la mobilità delle piccole proteine nel citoplasma è in realtà molto alta – diverse magnitudini più alta di quanto indica la formula di Einstein.

Nel loro studio, pubblicato sulla rivista Nano Letters, il team ha esaminato come le piccole molecole di proteine quasi non avvertono questa viscosità del citoplasma quando si muovono nella cellula. Descrivono i cambiamenti di viscosità come misurati in diverse soluzioni e avvertiti tramite sonde, di dimensioni che vanno dalla nano alla macro scala.

“Abbiamo migliorato la nostra formula e le nostre conclusioni precedenti per riuscire ad applicarle a un più ampio numero di sistemi, tra cui la prima descrizione della viscosità del citoplasma nelle cellule del cancro,” commenta il professor Robert Holyst del IPC PAS.

Il team ha potuto descrivere i cambiamenti di viscosità usando una formula fenomenologica contenente coefficienti della stessa natura fisica. I coefficienti danno una descrizione sia del mezzo fluido (pieno di una rete di polimeri a catena lunga o raggruppamenti di molecole, per esempio) e di quale tipo di sonda (per esempio una molecola di proteina) si muove nel mezzo.

La nuova formula può quindi essere usata per sonde di dimensioni che vanno da una frazione di nanometri fino a diversi centimetri.

Le relazioni trovate erano in generale valide per vari tipi di fluidi come le soluzioni con struttura microscopica elastica (per es. reti di polimeri in vari solventi) e sistemi microscopicamente rigidi (per es. composti da aggregati allungati di molecole – micelle).

Il team ha applicato queste nuove formule anche per descrivere la mobilità dei frammenti di DNA e altre sonde in cellule di muscoli di topi e in cellule di cancro umano “Siamo riusciti a mostrare che la viscosità del fluido nella cellula dipende in realtà non solo dalla struttura intracellulare ma anche dalle dimensioni della sonda usata nelle misurazioni della viscosità,” dice Tomasz Kalwarczyk, un dottorando del IPC PAS. “Il risultato della nostra ricerca è un nuovo metodo per caratterizzare la struttura della cellula – misurando la viscosità del citoplasma.”

Le implicazioni di questa ricerca sono di vasta portata. Gli scienziati adesso possono valutare meglio il tempo di migrazione dei farmaci introdotti nelle cellule e questa conoscenza può essere applicata anche alle nanotecnologie, per esempio nella produzione di nanoparticelle con soluzioni micellari.

I risultati dello studio avranno anche un impatto sui metodi avanzati di misurazione come la dispersione dinamica della luce, che permette di sospendere le molecole e analizzarle per dimensione.

Per maggiori informazioni, visitare:

Istituto di chimica fisica dell’Accademia polacca delle scienze:
http://www.ichf.edu.pl/indexen.html

 

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