Ecco come fanno i cetrioli di mare a mutare forma rapidamente

Una scoperta che potrebbe portare allo sviluppo di nuovi biomateriali per la biomedicina

[11 ottobre 2016]

oloturia

Una delle molecole più abbondanti nel corpo umano è collagene, una proteina strutturale che forma le nostre ossa,  i legamenti e la pelle. Una volta formati questi tessuti, le loro proprietà meccaniche possono essere modificate solo lentamente nel giro di giorni o settimane. Per esempio, nelle donne in gravidanza  il tessuto di collagene nell’utero si ammorbidisce lentamente in preparazione al parto.

Tutti gli animali hanno il collagene, ma un gruppo di invertebrati marini, gli echinodermi, che comprende le stelle marine e le oloturie o cetrioli di mare, si sono evoluti per avere tessuti in collagene con una proprietà unica: possono cambiare rapidamente la loro rigidità. Questo tipo di collagene è noto come tessuto collageno mutabile (Mct), è controllato dal sistema nervoso ed è utile quando, per esempio, gli animali si devono “trasformare in gelatina” per sfuggire ai predatori. Ma i meccanismi che permettono al  cetriolo di mare può cambiare la sua rigidità finora non erano noti. A colmare questa lacuna ha provveduto lo studio “Interfibrillar stiffening of echinoderm mutable collagenous tissue demonstrated at the nanoscale” pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences da un team di ricercatori britannici e francesi. La ricerca è stata sostenuta dal China scholarship council e dall’Engineering and physical sciences research council e Biotechnology and biological sciences research council britannici.

Il principale autore dello studio, Himadri Gupta, dell’ Institute of Bioengineering della Queen Mary University of London (Qmul) sottolinea che «L’Mct del cetriolo di mare può servire come modello per i materiali bio-ispirati, che possono mimare le sue notevoli proprietà. Queste  potrebbero essere utili per realizzare impalcature flessibili per l’ingegneria dei tessuti, trattamenti cosmetici contro l’invecchiamento della pelle, biosensori impiantabili e materiali morbidi per la robotica».

I ricercatori hanno analizzato le pareti del corpo delle oloturie con tecniche a raggi X  all’European synchrotron radiation facility di Grenoble, in Francia e hanno così scoperto che «La capacità del cetriolo di mare di cambiare la forma della parete del corpo è dovuta ai cambiamenti nella rigidità di una matrice interfibrillare ricca di proteine, che lega con le fibrille del collagene».

Un altro degli autori dello studio, Maurice Elphick della School of biological and chemical sciences della (Qmul), spiega che «I cetrioli di mare sono incredibilmente flessibili e questo studio dimostra che la loro capacità di mutare forma, non è il risultato di tutte le modifiche all’interno delle stesse fibrille del collagene, ma dell’impalcatura interfibrillare che incrocia i legami con loro».

Il primo autore dello studio Jingyi Mo, della  School of engineering and materials science della Qmul aggiunge: «Molti biomateriali collagenosi o simili al collagene sono stati progettati per soddisfare la  superficie chimica delle cellule e dei tessuti del corpo, ma ce ne sono pochi che possono cambiare rapidamente la loro proprietà meccanica».

I ricercatori sperano di circoscrivere e isolare le molecole che forniscono queste proprietà della parete del corpo delle oloturie, cosa che a sua volta può aiutare a capire come applicare questa ricerca nella medicina e nella cosmetica.