Energia: ecco come si immagazzina nelle cellule / Energy: this is how it is stored in cells

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Due ricercatori italiani sono riusciti a quantificare l’energia immagazzinata dai filamenti cellulari. Aprendo la strada a nuovi nanomateriali

Microtuboli e filamenti funzionano come macchine dentro le nostre cellule: le riorganizzano, le dividono, ne permettono il movimento. E potrebbero essere la chiave di future terapie antitumorali, capaci di agire direttamente nelle cellule. Gli scienziati sono ancora lontani da averne compreso appieno il funzionamento ma un importante passo avanti potrebbe derivare dal lavoro di due ricercatori dell’Università di Padova. Giulio Ragazzon e Leonard Prins, infatti, sono riusciti a modellizzare il funzionamento dei filamenti cellulari, fino a poter quantificare l’energia immagazzinata da queste nanostrutture. La ricerca è stata appena pubblicata su Nature Nanotechnology e, chiarendo alcuni meccanismi chimici del processo di formazione dei filamenti, apre la strada allo sviluppo di futuri nanomateriali interamente sintetici.

Come si accumula l’energia nelle cellule

I filamenti cellulari sono l’intelaiatura della cellula e sono dinamici. Sono formati da enzimi e per funzionare hanno bisogno di energia ricavata dai nutrienti. Tuttavia, il meccanismo chimico di accumulo di energia è poco compreso. Ed è qui che i due studiosi  hanno pensato a un nuovo approccio. Attingendo a due teorie, quella delle macchine molecolari e quella dei sistemi autoassemblanti, i due ricercatori sono riusciti a quantificare l’energia immagazzinata dai filamenti e poi a simulare un sistema che ne riproducesse il meccanismo. Inoltre, hanno compreso che è la migliore capacità di immagazzinare energia, più che la stabilità, a permettere la sopravvivenza di questi insiemi di molecole: “In presenza di un nutriente queste molecole evolverebbero nella struttura migliore per assimilare l’energia e non nella forma più stabile”, spiega Prins.

Tentativi di imitazione

Molti studi cercano di imitare filamenti e microtuboli ma con successo limitato. “I filamenti”, spiega Ragazzon, “sono oggetti transienti: prima non ci sono, poi ci sono per un certo tempo, poi spariscono. Ma sono anche molto più sofisticati. Le strutture realizzate finora sono transienti ma non riproducono le funzioni più elaborate, come ad esempio l’accumulo di energia”.

Lo studio pubblicato su Nature Nanotechnology si pone all’incrocio di discipline diverse e, di conseguenza, di possibili incomprensioni. La redazione dell’articolo scientifico non è stata facile e ha generato un aspro dibattito: “Io e Leonard”, racconta ancora Ragazzon, “siamo gente che le molecole le fa. Questa teoria è invece sviluppata dai fisici”. E così soltanto un’attenta revisione del vocabolario ha permesso alla ricerca di essere pubblicata.

Future terapie antitumorali

Questo complesso lavoro teorico apre le porte a nuovi nanomateriali, capaci di imitare il funzionamento dinamico dei microtuboli. “Ad oggi”,  afferma Ragazzon, “nessuno è in grado di assemblare molecole in sistemi dinamici capaci di immagazzinare energia”. Questi materiali invece potrebbero, per esempio, spostarsi là dove ci sono più nutrienti e cambiare la forma della cellula: è futuristico ma si possono immaginare sistemi artificiali che riconoscano aree tumorali e agiscano direttamente su quelle cellule. “Ci vorranno anni per avere qualcosa che funzioni per davvero in modo simile ai microtuboli. Per ora – conclude – abbiamo individuato i punti sui quali cominciare a lavorare”

ENGLISH

Two Italian researchers have succeeded in quantifying the energy stored by the cellular filaments. Leading the way to new nanomaterials

Microtubes and filaments function like machines inside our cells: they reorganize them, divide them, allow them to move. And they could be the key to future anti-tumor therapies, capable of acting directly in the cells. Scientists are still far from having fully understood their functioning but an important step forward could derive from the work of two researchers at the University of Padua. Giulio Ragazzon and Leonard Prins, in fact, have succeeded in modeling the functioning of the cellular filaments, until they can quantify the energy stored by these nanostructures. The research has just been published in Nature Nanotechnology and, by clarifying some chemical mechanisms of the filament formation process, paves the way for the development of future entirely synthetic nanomaterials.

How energy is accumulated in cells

Cellular filaments are the cell's framework and are dynamic. They are made up of enzymes and need energy from nutrients to function. However, the chemical mechanism of energy storage is poorly understood. And it is here that the two scholars have thought of a new approach. Drawing on two theories of molecular machines and self-assembling systems, the two researchers succeeded in quantifying the energy stored by the filaments and then simulating a system that reproduced the mechanism. Moreover, they have understood that it is the best ability to store energy, rather than stability, to allow the survival of these sets of molecules: "In the presence of a nutrient these molecules would evolve into the best structure to assimilate energy and not in the most stable, "explains Prins.

Attempts to imitate

Many studies try to imitate filaments and microtubules but with limited success. "Filaments", explains Ragazzon, "are transient objects: first they are not there, then they are there for a while, then they disappear. But they are also much more sophisticated. The structures created so far are transients but do not reproduce the most elaborate functions, such as the accumulation of energy ".

The study published in Nature Nanotechnology is at the crossroads of different disciplines and, consequently, of possible misunderstandings. The drafting of the scientific article was not easy and generated a bitter debate: "Me and Leonard", still tells Ragazzon, "we are people that molecules make them. This theory is instead developed by physicists ". And so only a careful revision of the vocabulary allowed the research to be published.

Future anticancer therapies

This complex theoretical work opens the door to new nanomaterials, capable of imitating the dynamic functioning of microtubes. "To date", says Ragazzon, "nobody is able to assemble molecules in dynamic systems capable of storing energy". These materials could, for example, move where there are more nutrients and change the shape of the cell: it is futuristic but you can imagine artificial systems that recognize tumor areas and act directly on those cells. "It will take years to have something that really works similarly to microtubes. For now - he concludes - we have identified the points on which to start working "

Da:

https://www.galileonet.it/2018/09/come-cellule-immagazzinano-energia/
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