Svelato il meccanismo che rende resistenti i tessuti molli nell’uomo
Svelati i meccanismi che permettono ai tessuti epiteliali – strati cellulari sottilissimi – di resistere a stress e deformazioni, evitando rotture anche in condizioni fisiologiche estreme. La chiave risiede nei filamenti di cheratina, una rete proteica che collega le nostre cellule e si irrigidisce sotto tensione, prevenendo lacerazioni.
I nostri tessuti subiscono uno stress costante: la pelle si allunga, i polmoni si espandono e si contraggono durante la respirazione e l'intestino si espande durante la digestione. I monostrati epiteliali, spessi una singola cellula, rivestono la maggior parte delle nostre strutture interne e delle cavità, formando barriere essenziali.
Sovrapposizione di una serie di immagini che mostrano l'evoluzione di una frattura in un monostrato epiteliale.
Lo studio è stato pubblicato su Nature Materials ed è il risultato della collaborazione fra University College London (UCL), University of Cambridge e Politecnico di Milano. I ricercatori, guidati dai Professori Guillaume Charras della UCL e Alexandre Kabla della University of Cambridge, hanno compiuto un importante passo avanti nella comprensione dei meccanismi che permettono ai tessuti di mantenere la loro integrità, per poter studiare le malattie e progettare nuove terapie.
I monostrati possono gestire deformazioni estreme grazie alle reti di cheratina che collegano le cellule tra loro e si irrigidiscono sotto tensione, impedendo ai tessuti di strapparsi. Tuttavia, quando la cheratina viene interrotta, i tessuti perdono questa capacità protettiva, evidenziando la sua importanza nel mantenere l'integrità dei tessuti. Lo studio ha evidenziato inoltre che i monostrati epiteliali possono resistere alla rottura in funzione della velocità di estensione, possono allungarsi da 3 a 9 volte la loro lunghezza iniziale. Quanto più lentamente sono allungati, tanto più possono deformarsi prima di rompersi.
Per capire meglio come si rompono i monostrati epiteliali sono stati combinati esperimenti avanzati – guidati dalla Dott.ssa Julia Duque – e modelli computazionali: abbiamo scoperto che questi singoli strati cellulari possono essere estesi fino a nove volte la loro lunghezza iniziale prima di rompersi!
Alessandra Bonfanti, Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, co-autrice dello studio
La rottura dei tessuti è un processo multiscala. Il modello collega eventi su scala molecolare, come la rottura del legame di adesione, con la risposta a livello di tessuto quando viene allungato. Ciò ha permesso al team di ricercatori di simulare e prevedere come si comportano i tessuti al variare della velocità di deformazione, rivelando come le reti di cheratina contribuiscono alla loro forza. Senza questi modelli, non potremmo collegare i processi cellulari e molecolari a ciò che accade a livello tissutale.
Il lavoro ha combinato competenze in biologia, fisica e ingegneria e rappresenta un primo passo importante verso la comprensione del complesso processo di rottura dei tessuti.
Lo studio online
Duque, J., Bonfanti, A., Fouchard, J. et al.
Rupture strength of living cell monolayers.
Nat. Mater. 23, 1563–1574 (2024).