Bio-mimicked Leaf-Imprinted Topographies: Pattern Characterization and Cell Response

Immagina di cercare di costruire una piccola città vivente dentro una provetta. In questa città, gli edifici sono le cellule e, proprio come le persone in una vera città, devono mettersi in fila in file ordinate per svolgere correttamente il proprio lavoro. Pensa ai muscoli scheletrici o alle cellule nervose come a una squadra di rematori: se tutti guardano in direzioni diverse, la barca non va da nessuna parte. Per molto tempo, gli scienziati hanno cercato di costruire queste "città" incidendo minuscole strade e modelli su superfici di plastica utilizzando macchine costose e tecnologicamente avanzate. Ma queste macchine sono come cercare di dipingere un capolavoro con un bulldozer: sono costose e spesso perdono i dettagli intricati e disordinati che si trovano in natura. Questo articolo si addentra in un angolo della scienza chiamato ingegneria dei tessuti, dove l'obiettivo è far crescere tessuti sani in laboratorio. La grande domanda qui è: come possiamo creare una superficie che inganni le cellule portandole ad allinearsi perfettamente, proprio come fanno all'interno del nostro corpo, senza spendere una fortuna o perdere la complessità naturale?

I ricercatori dietro questo studio hanno deciso di smettere di combattere la natura e iniziare a prendere in prestito da essa. Invece di usare macchine complesse per incidere modelli, hanno preso una foglia. Sì, una vera foglia! Si sono resi conto che le foglie sono ricoperte da minuscole scanalature e creste naturali, una sorta di impronta digitale fatta da una pianta. Hanno usato queste foglie come "timbri" per imprimere i loro modelli in un materiale morbido ed elastico chiamato PDMS (pensa a una gomma trasparente ad alta tecnologia). Una volta che la gomma si è indurita, hanno rimosso la foglia, lasciando dietro di sé una replica perfetta e rugosa della superficie della foglia. Poi, hanno ospitato un tipo specifico di cellula muscolare chiamata C2C12 (una versione coltivata in laboratorio dei costruttori di muscoli) e hanno osservato come queste cellule reagivano alle diverse texture delle foglie.

Il team ha trattato le foglie come un menù di diverse piste da ballo. Hanno testato i lati anteriore e posteriore di foglie di una pianta di Banana (Musaceae) e di una pianta di Dracaena (Dracaena Sanderiana). Quando le cellule muscolari hanno ballato sulla copia di gomma della parte posteriore della foglia di Banana, si sono allungate in forme lunghe e sottili con un Rapporto di Aspetto di 8,3. Sul lato anteriore della stessa foglia, si sono comunque allungate bene, raggiungendo un Rapporto di Aspetto di 6,3. Queste erano le cellule più lunghe e allungate che il team avesse visto. Tuttavia, quando si trattava di mettersi in fila in modo ordinato e dritto, le cellule sulla copia di gomma del lato posteriore della foglia di Dracaena sono state le più obbedienti, mostrando il più alto grado di allineamento.

Ma gli scienziati non si sono fermati a sole due piante. Si sono resi conto che, con così tante foglie diverse in circolazione, è difficile sapere quale renda la migliore "pista da ballo" per le cellule. Per risolvere il problema, hanno creato un catalogo di 15 diverse superfici fogliari. Non si sono limitati a guardarle; hanno utilizzato uno strumento informatico speciale chiamato analisi 2D FFT per misurare la "lunghezza d'onda" delle scanalature, calcolando essenzialmente il ritmo e la spaziatura dei rilievi della foglia. Hanno anche controllato come l'acqua si comportava su queste superfici, misurando l' "angolo di contatto dell'acqua" per vedere se le foglie fossero amiche dell'umidità o repellenti all'acqua.

L'articolo suggerisce che il segreto per far allineare le cellule non è una sola cosa; è un mix tra i rilievi fisici sulla superficie e il modo in cui la superficie interagisce con l'acqua. Sebbene i modelli della foglia di Banana abbiano fatto allungare di più le cellule, e i modelli di Dracaena abbiano fatto allineare le cellule nel modo più dritto, gli autori notano che trovare il design perfetto è complicato perché esistono così tante variazioni naturali. Non hanno dichiarato un singolo "vincitore" per tutte le situazioni, ma hanno fornito una mappa molto più chiara di come le diverse texture fogliari influenzino il comportamento cellulare. Le loro scoperte indicano che, se vogliamo costruire migliori tessuti artificiali in futuro, dobbiamo prestare molta attenzione sia alla forma della superficie che a quanto essa risulti umida o asciutta, usando i blueprint della natura stessa come guida.