Cell material state determines high-frequency cell deformation and microbubble-induced permeabilization

Immaginate una cellula non come un mattone statico, ma come un palloncino gelatinoso riempito di una rete complessa ed elastica (il citoscheletro). Ora, immaginate minuscole bolle vibranti (microbolle) che danzano intorno a questo palloncino, spinte da onde sonore ad alta frequenza (ultrasuoni).

Questo articolo esplora cosa accade quando queste bolle danzanti urtano le cellule viventi. Sebbene gli scienziati sappiano da tempo che le onde sonore possono aiutare a spingere i medicinali all'interno delle cellule, non hanno ancora compreso appieno il perché alcune cellule lascino entrare facilmente il farmaco mentre altre rimangano ostinatamente chiuse. La risposta, suggerisce questo studio, risiede nel modo in cui il materiale interno della cellula è "morbido" o "rigido".

Ecco la scomposizione della loro scoperta utilizzando analogie quotidiane:

1. Le increspature nella gelatina
Quando una microbolla vibra accanto a una cellula, non si limita a toccare la superficie; emette invisibili "increspature" di movimento, proprio come quando si lancia un sasso in uno stagno. I ricercatori hanno utilizzato telecamere ultra-veloci (più veloci di un battito di ciglia) per osservare queste increspature viaggiare attraverso la cellula. Hanno scoperto che queste increspature non viaggiano all'infinito; svaniscono rapidamente, solitamente entro una distanza piccola quanto la larghezza di un singolo capello.

2. La rete interna controlla le increspature
Quanto lontano viaggiano queste increspature dipende dalla "rete" interna della cellula.

• Cellule Rigide: Se la rete interna della cellula è stretta e rigida, le increspature si muovono diversamente e svaniscono in un modo specifico.
• Cellule Morbide: Se la cellula è più morbida e simile a una gelatina, le increspature si comportano diversamente.
  I ricercatori hanno dimostrato questo utilizzando dei medicinali per rendere le cellule più morbide o più rigide. Quando hanno cambiato la "consistenza" della cellula, la velocità e l'estensione delle increspature sono cambiate immediatamente.

3. La porta della cellula
L'obiettivo finale di questa vibrazione è aprire una "porta" temporanea nella parete cellulare affinché i farmaci possano entrare (un processo chiamato permeabilizzazione). Lo studio ha trovato un legame diretto: il modo in cui le increspature si muovono attraverso la cellula predice se quella porta si aprirà.

• Se le proprietà del materiale cellulare (la morbidezza o la rigidità) permettono alle increspature di viaggiare nel modo giusto, la cellula si apre efficientemente.
• Se le proprietà del materiale sono errate, l'energia si dissipa troppo velocemente e la porta rimane chiusa.

Il punto fondamentale
Pensate allo stato del materiale interno della cellula come all' "accordatura" di uno strumento musicale. Gli ultrasuoni e le microbolle sono l'esecutore. Se lo strumento (la cellula) è accordato sul giusto stato meccanico, il suono (l'effetto terapeutico) funziona perfettamente. Se è scordato, la musica suona piatta.

L'articolo conclude che, comprendendo e misurando quanto un tessuto sia "rigido" o "morbido", i medici potrebbero potenzialmente usare queste informazioni per progettare migliori trattamenti con ultrasuoni, assicurando che le onde sonore colpiscano la nota giusta per somministrare il medicinale in modo efficace.