Abstract

Negli ultimi 30 anni, l’interesse per lo sviluppo di materiali bio-adesivi è cresciuto grazie alle loro potenziali applicazioni in vari aspetti delle scienze della vita. In questo contesto, le cozze hanno guadagnato attenzione grazie alla loro notevole capacità di ancorarsi saldamente alle superfici rocciose anche in condizioni difficili. La chiave della loro robusta adesione in ambiente marino risiede nella secrezione di un’appendice fibrosa a base proteica nota come bisso, composta da fasci di fibre intrecciate. Ogni filamento termina con una placca ricca di proteine, le mussel foot proteins (mfps), che grazie alle loro proprietà adesive fungono da colla resistente all’acqua, consentendo alle cozze di attaccarsi saldamente a diversi substrati. Il complesso processo di formazione della placca comprende diverse fasi, una delle quali è conosciuta come “coacervazione”, un processo in cui le proteine si assemblano, creando una fase a più alta densità che migliora l’adesione alla superficie.
Per far luce su questo intrigante meccanismo, il nostro focus iniziale si è concentrato sulla caratterizzazione di Pvfp-5β, una delle mfps della cozza verde asiatica Perna viridis. È la prima proteina ad essere secreta e a stabilire interazioni con il substrato, rendendolo un oggetto di studio particolarmente affascinante. Abbiamo prodotto con successo Pvfp-5β ricombinante in batteri senza modifiche post-traduzionali. Abbiamo scoperto che questa forma possiede una bassa tossicità e proprietà adesive intrinseche, paragonabili a quelle della proteina ricca di dopamina estratta dalla fonte naturale. Successivamente, abbiamo compiuto un passo significativo verso la comprensione dei determinanti strutturali delle proprietà adesive di Pvfp-5β, risolvendo la sua struttura 3D in soluzione e caratterizzando la dinamica della proteina mediante NMR e modellizzazione molecolare. Questa ricerca darà un contributo fondamentale alle conoscenze per applicazioni sia biologiche che biotecnologiche.

Impatto

Lo sviluppo di bio-adesivi innovativi di derivazione naturale ha la potenzialità di rivoluzionare vari campi, tra cui l’ingegneria dei tessuti, l’impianto di dispositivi medici, la medicina rigenerativa e la chirurgia. Infatti, ci sono situazioni in cui le tecniche convenzionali, come la sutura, sono poco pratiche, rendendo gli adesivi tissutali un’alternativa fondamentale. I bio-adesivi offrirebbero un’alternativa cruciale con numerosi vantaggi, tra cui una ridotta invasività, un minor rischio di danni ai tessuti, una migliore immobilizzazione, e la capacità di promuovere la guarigione delle ferite attraverso diversi meccanismi. Tuttavia, lo sviluppo di nuove molecole bio-adesive è molto complicato poiché devono essere in grado di funzionare in ambienti umidi e facilitare un’adesione efficiente dei tessuti in queste condizioni. Gli organismi marini, come le cozze, secernono proteine con notevoli proprietà adesive in ambienti acquosi, fungendo da preziosa fonte di ispirazione. Comprendere i meccanismi alla base dei processi di adesione che coinvolgono le mussel foot proteins (mfps) potrebbe essere di fondamentale importanza per lo sviluppo di biomateriali con proprietà che possano essere utilizzate non solo nella medicina rigenerativa e nell’ingegneria dei tessuti, ma anche nel campo della scienza dei materiali.

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