Regulation of Substrate Dissipation via Tunable Linear Elasticity Controls Cell Activity

Le matrici extracellulari (ECMs) ed i tessuti biologici non sono materiali puramente elastici ma presentano proprietà dissipative. Sebbene sia emerso di recente come un nuovo regolatore delle risposte cellulari, il contributo della dissipazione delle ECMs nel guidare il destino cellulare risulta essere attualmente un campo ancora poco esplorato. In questa pubblicazione viene riportata una nuova strategia per modulare il tasso di dissipazione di substrati 2D mediante regolazione dell'elasticità lineare. Nel dettaglio, vengono descritti substrati semi-interpenetranti costituiti da una rete rigida polimerica intrecciata con un biopolimero ramificato. Il rilascio di deboli interazioni fisiche sotto sforzo permette un controllo fine del tasso di dissipazione. Questa proprietà del substrato risulta essere cruciale per la risposta cellulare, influenzando la modalità e la velocità di migrazione delle cellule, la geometria e la dimensione dell'adesione focale, l'organizzazione del citoscheletro, la trasmissione e la trasduzione delle forze. Viene dimostrato, inoltre, che le cellule richiedono la contrattilità del sistema acto-miosinico assistito dalla tensione dei microtubuli per sondare il substrato e decidere se aderire o meno, rivelando una chiara correlazione tra trasmissione delle forze, tasso di dissipazione del substrato e quantità di punti di ancoraggio. Nel complesso, i risultati riportati nella presente pubblicazione introducono l'elasticità lineare come un nuovo parametro di progettazione per l'assemblaggio di materiali dissipativi per studiare il "meccanosensing" cellulare sia in culture cellulari 2D che 3D.

La ricerca ha coinvolto il gruppo di ricerca Polisaccaridi e biomateriali, coordinato dal Prof. Ivan Donati