Un team di ricerca POSTECH ha ricreato le rughe biologiche in vitro, rivelando che la disidratazione dell’ECM e le forze compressive sono cruciali nella formazione delle stesse. Questa piattaforma offre imaging in tempo reale e ampie applicazioni nella ricerca biomedica e cosmetica.
Modello in vitro riproduce la formazione delle rughe
Un team di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Meccanica del POSTECH, guidato dal Professor Dong Sung Kim, dalla Professoressa Anna Lee e dal Dott. Jaeseung Youn, ha replicato con successo la struttura delle rughe nel tessuto biologico in vitro, gettando luce sui meccanismi che ne guidano la formazione. Le loro scoperte sono state pubblicate sulla rivista Nature Communications.
Sebbene le rughe siano spesso associate all’invecchiamento della pelle, molti organi e tessuti, tra cui cervello, stomaco e intestino, presentano anche modelli distinti delle stesse. Queste strutture svolgono un ruolo chiave nella regolazione degli stati cellulari e della differenziazione, contribuendo alle funzioni fisiologiche di ciascun organo.
Comprendere come i tessuti biologici si piegano e formano le rughe è fondamentale per comprendere la complessità degli organismi viventi al di là delle preoccupazioni estetiche. Questa conoscenza può essere fondamentale per far progredire la ricerca in aree quali l’invecchiamento della pelle, le terapie rigenerative e l’embriologia.
Sfide nella ricerca sulla formazione delle rughe
Nonostante l’importanza delle strutture biologiche delle rughe, gran parte della ricerca in questo ambito si è basata su modelli animali, tra cui moscerini della frutta, topi e polli, a causa delle limitazioni nella replicazione della formazione delle rughe in vitro. Di conseguenza, i processi dettagliati alla base della formazione nei tessuti viventi rimangono in gran parte sconosciuti.
Il team del Professor Dong Sung Kim ha affrontato questa limitazione sviluppando un modello di tessuto epiteliale composto esclusivamente da cellule epiteliali umane e matrice extracellulare (ECM). Combinando questo modello con un dispositivo in grado di applicare precise forze compressive, i ricercatori hanno ricreato e osservato con successo in vitro le strutture delle rughe che si vedono tipicamente nell’intestino, nella pelle e in altri tessuti in vivo.
Questa svolta ha permesso loro, per la prima volta, di replicare sia la deformazione gerarchica di una singola ruga profonda causata da una forte forza compressiva sia la formazione di quelle numerose e piccole sotto una compressione più leggera.
Fattori chiave nella formazione delle rughe
Il team ha anche scoperto che fattori come la struttura porosa dell’ECM sottostante, la disidratazione e la forza compressiva applicata allo strato epiteliale sono cruciali per il processo di formazione delle rughe. I loro esperimenti hanno rivelato che le forze compressive che deformano lo strato di cellule epiteliali causano instabilità meccanica all’interno dello strato ECM, con conseguente formazione delle stesse.
Hanno scoperto, inoltre, che la disidratazione dello strato ECM è un fattore chiave nel processo di formazione. Queste osservazioni rispecchiano da vicino gli effetti osservati nella pelle che invecchia, dove la disidratazione dello strato di tessuto sottostante porta allo sviluppo di rughe, fornendo un modello meccanobiologico per comprenderne la loro formazione.
Il Professor Dong Sung Kim ha espresso l’importanza della ricerca ed ha spiegato: “Abbiamo sviluppato una piattaforma in grado di replicare varie strutture di rughe nei tessuti viventi senza la necessità di test sugli animali”.
Ed ha aggiunto: “Questa piattaforma consente l’imaging in tempo reale e l’osservazione dettagliata della formazione a livello cellulare e tissutale, processi difficili da catturare nei modelli animali tradizionali. Ha applicazioni di vasta portata in campi come embriologia, ingegneria biomedica, cosmetici e altro ancora”.
La ricerca è stata condotta con il supporto del Mid-Career Research Program della National Research Foundation of Korea e del Ministero della Scienza e delle ICT, e dell’Alchemist Project del Ministero del Commercio, dell’Industria e dell’Energia.
