La formazione di polimeri supramolecolari all’interno delle cellule viventi è una strategia emergente per la regolazione delle funzioni cellulari, e le goccioline lipidiche (LD) rappresentano ambienti promettenti per tali processi. Le LD sono organelli cellulari composti principalmente da lipidi neutri, come i triacilgliceroli e gli esteri del colesterolo, e sono profondamente coinvolte nelle funzioni cellulari. Tuttavia, l’autoassemblaggio di polimeri supramolecolari in ambienti ricchi di lipidi neutri come le LD non è ancora del tutto compreso.
A tal fine, i ricercatori del WPI-ITbM dell’Università di Nagoya, in Giappone, sono riusciti a realizzare la costruzione programmabile di polimeri supramolecolari nella trioleina (TO), uno dei componenti lipidici più abbondanti dei corpi lipidici. La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications .
Mentre i polimeri convenzionali sono tenuti insieme da legami covalenti, i polimeri supramolecolari sono tenuti insieme da interazioni non covalenti (ad esempio legami a idrogeno e impilamento). Sono più simili agli organismi viventi, capaci di assemblarsi, disassemblarsi e riorganizzarsi.
Per i loro studi, i ricercatori hanno analizzato monomeri fluorescenti verdi e blu e la loro polimerizzazione supramolecolare in TO, un triacilglicerolo biologicamente rilevante, per simulare le condizioni presenti nei lipidi. Per confronto, hanno anche analizzato la polimerizzazione in dibutil etere (DBE), che presenta una polarità simile. In particolare, il mezzo lipidico neutro del TO ha fornito condizioni eccellenti per una crescita polimerica supramolecolare controllata con precisione.
La trioleina rallenta e stabilizza l’assemblaggio
Utilizzando monomeri fluorescenti, i ricercatori sono stati in grado di monitorare efficacemente il processo di polimerizzazione, come le fasi iniziali di nucleazione e aggregazione, mediante tecniche di imaging a fluorescenza. L’ultrasonificazione del monomero 1 in TO ha promosso l’aggregazione e sono stati ottenuti aggregati a emissione verde.
Sono state osservate differenze significative nel processo che porta all’aggregazione in TO e DBE. Mentre il monomero 1 ha iniziato ad aggregarsi immediatamente in DBE, in TO è stato osservato un netto ritardo prima dell’inizio dell’aggregazione (circa 35 minuti). Sebbene sia TO che DBE abbiano una polarità simile, la struttura di TO stabilizza temporaneamente i monomeri e sopprime la nucleazione spontanea attraverso interazioni transitorie di legame a idrogeno.
Inoltre, il mezzo TO ha anche soppresso l’aggregazione indesiderata tra le fibre polimeriche supramolecolari formate. Queste fibre sono rimaste disperse in TO, mentre si sono aggregate rapidamente in DBE.
Costruzione di fibre multiblocco passo dopo passo
Queste caratteristiche del TO forniscono le condizioni ideali per far crescere polimeri supramolecolari in modo controllato. I ricercatori lo hanno dimostrato facendo crescere polimeri composti da monomeri 1 e 2 che emettono luce verde e blu in modo alternato.
Utilizzando un polimero supramolecolare costituito dal monomero 1 a emissione verde come seme e aggiungendo successivamente il monomero 2 a emissione blu, hanno formato un polimero supramolecolare triblocco con un centro a emissione verde e estremità a emissione blu.
Inoltre, hanno formato polimeri supramolecolari pentablocco aggiungendo il monomero 1 a emissione verde al polimero supramolecolare triblocco. Queste strutture sono state visualizzate direttamente mediante microscopia laser confocale.
Indizi per l’ingegneria delle goccioline lipidiche
Questi risultati suggeriscono che i lipidi neutri presenti nei corpi lipidici (LD) possano agire come un mezzo funzionale per il controllo della polimerizzazione supramolecolare. Questo studio fornisce linee guida per la progettazione di molecole autoassemblanti che operano in un ambiente lipidico neutro, nonché spunti fondamentali per lo sviluppo di tecnologie molecolari mirate agli ambienti lipidici intracellulari.
In futuro, si prevede che questa ricerca contribuirà allo sviluppo di trattamenti per le malattie che coinvolgono i corpi di Lewy e alla comprensione delle funzioni degli organelli cellulari.
Abstract
La polimerizzazione supramolecolare all’interno delle cellule viventi si è affermata come una strategia promettente per il controllo delle funzioni cellulari. Le goccioline lipidiche, organelli intracellulari composti principalmente da lipidi neutri, forniscono ambienti a bassa polarità, tuttavia il loro ruolo nella regolazione dei percorsi di assemblaggio supramolecolare rimane poco chiaro. In questo studio dimostriamo che la trioleina, un triacilglicerolo rappresentativo caratterizzato da tre gruppi esterei e catene cis-9-ottadeceniliche, agisce come un mezzo efficace per la polimerizzazione supramolecolare cineticamente controllata. Un fluoroforo funzionalizzato con un gruppo diammidico a base di alanina forma polimeri supramolecolari nella trioleina attraverso un meccanismo di nucleazione-allungamento, in cui un nucleo iniziale innesca la crescita successiva. Sebbene la stabilità termodinamica sia paragonabile a quella del di- n -butil etere, un solvente organico comunemente utilizzato, la trioleina sopprime la nucleazione spontanea e l’aggregazione interfibra, creando una fase di latenza durante la quale la polimerizzazione innescata guida i monomeri lungo un percorso di assemblaggio definito. Studi cinetici con oleato di etile, un analogo strutturale della trioleina, indicano che le interazioni transitorie soluto-solvente contribuiscono alla soppressione sia dei fenomeni di nucleazione che di aggregazione. Questo controllo cinetico consente la crescita graduale, mediante innesco, di nanostrutture multiblocco e stabilisce i lipidi neutri come mezzi funzionali per la costruzione di precisione di polimeri supramolecolari.
Programmable Construction of Supramolecular Polymers Achieved in Neutral Lipid Environments, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-74683-9
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