NUOVO MECCANISMO PER FORMARE GEL

Sviluppato un nuovo modello di aggregazione del gellano, uno zucchero in grado di formare gel trasparenti e reversibili

La collaborazione tra un team di ricerca dell’Istituto dei sistemi complessi del Consiglio nazionale delle ricerche di Roma e il Dipartimento di scienze e tecnologie chimiche dell’Università di Roma Tor Vergata, ha permesso di svelare il meccanismo di aggregazione a livello microscopico del gellano, un polisaccaride naturale, uno zucchero complesso capace di formare gel trasparenti e reversibili mediante il semplice raffreddamento di soluzioni del polimero in acqua e sali.

Questa proprietà, unita alle caratteristiche di biocompatibilità, atossici- tà e biodegradabilità, rende il gellano un composto ideale per numerose applicazioni, che spaziano dall’industria farmaceutica a quella cosmetica, dal settore alimentare al restauro di beni culturali, in particolare opere d’arte cartacee. Lo studio è pubblicato su Science Advances.

Letizia Tavagnacco del Cnr-Isc e autrice principale dello studio, ha spiegato: «La novità della ricerca consiste nell’aver sviluppato un modello molecolare per rappresentare la catena di gellano, e quindi studiare il processo di aggregazione e formazione del gel. Tale modello ha permesso di riprodurre con un dettaglio molecolare l’aggregazione del gellano, sia in situazioni di bassa concentrazione del polisaccaride sia in soluzioni ad alta concentrazione dove si formano super-aggregati: proprio questi portano, su scala macroscopica, alla formazione di gel».

Ester Chiessi, docente di chimica fisica biologica presso l’Università di Roma Tor Vergata, che ha contribuito al lavoro ha aggiunto: «Tali complessi polimerici, oltre a semplificare la “bellezza” degli edifici molecolari naturali, hanno un’efficace funzionalità strutturale».

Gli studiosi hanno dimostrato che la formazione di super-aggregati di gellano si sviluppa in due fasi: nella prima, le catene polimeriche di gellano formano strutture a doppia elica, che nella seconda fase si assemblano, dando origine ad aggregati di ordine superiore. All’interno di tale processo, un ruolo importante è svolto dai sali. Emanuela Zaccarelli, del Cnr-Isc, ha precisato: «I sali di cationi divalenti, come il calcio, promuovono la rapida ed estesa formazione di aggregati, in quanto favoriscono la creazione di punti di giunzione tra le doppie eliche di gellano, diversamente dai sali di cationi monovalenti, come il sodio, che ricoprono un ruolo secondario».

La conoscenza a livello molecolare del meccanismo con cui le catene di gellano si organizzano per formare i gel, e la comprensione del ruolo svolto dai sali, favoriranno lo sviluppo di processi controllati di gelazione per la produzione di gel con le proprietà ottimali a seconda del tipo di applicazione richiesto. Lo studio fa parte del progetto ERC-Proof of Concept Microtech, finanziato dalla Comunità europea, e del progetto del gruppo di ricerca “Microarte”, finanziato dalla Regione Lazio, entrambi coordinati da Emanuela Zaccarelli, ricercatrice e direttrice di ricerca dell’Istituto dei sistemi complessi del Consiglio nazionale delle ricerche.

Mamba, acronimo di Multi-pAradigM voxel-Based Analysis, è il nome del software programmato per l’analisi statistica delle immagini medicali, il cui codice sorgente è disponibile liberamente sulla piattaforma GitHub, sviluppato per studiare, nello spazio anatomico del paziente, le correlazioni tra gli esiti diagnostici o terapeutici e le caratteristiche strutturali o funzionali dei tessuti. Le sue peculiarità sono state ampiamente rappresentate e argomentate in uno studio, pubblicato sulla rivista Medical Physics e condotto dall’Istituto di nanotecnologie di Lecce in collaborazione con l’Istituto di biostrutture e bioimmagini di Napoli del Consiglio nazionale delle ricerche. La ricerca è indirizzata in particolare al neuroimaging ed alla radioterapia oncologica. Uno degli obiettivi della moderna diagnostica per immagini è quello di identificare quali caratteristiche regionali della struttura o della funzione degli organi possano essere associate a determinate condizioni patologiche.

Giuseppe Palma, ricercatore dell’Istituto di nanotecnologia del Consiglio nazionale delle ricerche e coordinatore dello studio, ha spiegato: «In questo scenario, MAMBA è il primo software a mettere a disposizione alcuni strumenti di analisi che ampliano in maniera considerevole la modellizzazione statistica dei meccanismi fisiopatologici, in termini di flessibilità e compatibilità. Il programma è nato dall’idea di reingegnerizzare, a beneficio dell’intera comunità scientifica, un insieme di funzioni sviluppate per un uso interno al nostro gruppo di ricerca, che negli anni si è arricchito di funzionalità tali da potenziarne e migliorarne le prestazioni».

Il software integra e rende disponibili in un’unica piattaforma applicazioni informatiche fino ad oggi circoscritte a uno specifico ambito clinico di riferimento. Serena Monti, ricercatrice del Cnr-Ibb, ha aggiunto: