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10 Giugno 2022

Vescicole extracellulari dalle microalghe: studi sulla capacità di assorbimento nelle cellule umane e Caenorhabditis elegans

Abstract

Le vescicole extracellulari (EV) sono vescicole di dimensioni nanometriche della membrana lipidica secrete da differenti tipi di cellule per la comunicazione intercellulare, presenti in tutti i regni della biologia. I nanoalgosome (nanoalgosomi) rappresentano un sottotipo delle EV derivate da microalghe con un potenziale biotecnologico sostenibile. Per scoprire l'assorbimento, la distribuzione e la persistenza dei nanoalgosome nelle cellule e negli organismi viventi,sono stati separati da una coltura di cellule Tetraselmis chuii della clorofita tramite filtrazione a flusso tangenziale (TFF), etichettati con differenti coloranti lipofili e sono stati definiti i loro attributi biofisici. Successivamente,è stato studiato l'assorbimento delle cellule dei nanoalgosome etichettati nelle cellule umane e in C. elegans, provando che entrano nelle cellule attraverso un meccanismo dipendente dall'energia e sono localizzati nel citoplasma di cellule specifiche, dove rimangono per giorni. Ii dati confermano che i nanoalgosome vengono attivamente assorbiti in vitro dalle cellule umane e in vivo da cellule di C. elegans, suffragando il loro impiego come potenziali nanocarrier di composti bioattivi per applicazioni teranostiche.

Introduzione

L'adesione a principi e pratiche della sostenibilità ambientale nella produzione di nanotecnologie è una controversia dalle molte sfaccettature con innumerevoli applicazioni, che vanno dallo sviluppo di dispositivi medici di dimensioni nanometriche naturali a nuovi nanomateriali green idonei per diversi settori industriali. La produzione di nanomateriali sostenibili per l'ambiente richiede pratiche di produzione di dimensioni nanometriche responsabili per minimizzare l'uso di agenti chimici tossici, ridurre i rifiuti e generare meno gas serra (Nel et al., 2013). Sforzi continuativi sono in atto per sviluppare nuovi nanomateriali da utilizzare come nanocarrier per target specifici o per la somministrazione controllata di farmaci per la diagnosi e il trattamento delle malattie, ma anche come componenti per nuove formulazioni cosmetiche e nutraceutiche (Arrad et al., 1992; Adamo et al., 2016; Adamo et al., 2017).

Le microalghe sono diventate oggetto di un interesse in continua crescita, venendo sempre più considerate come risorse sostenibili con applicazioni in differenti campi (Sutherland et al., 2021). Sono state eseguite delle indagini su una serie di specie di microalghe di diverse stirpi per la loro capacità di sintetizzare e accumulare prodotti con valore aggiunto con notevoli qualità biologiche (Orejuela-Escobar et al., 2021). Ad esempio, è stato scoperto che molte microalghe possono produrre varie tipologie di metaboliti naturali con un'elevata capacità antiossidante (Tiwari et al., 2012; Zhu, 2015).

All'interno dell'attività consortile VESVES4US , è stata sviluppata una piattaforma per la produzione di vescicole extracellulari (EV), chiamate nanoalgosome, che vengono isolate dal mezzo di coltura dei reagenti per microalghe (Adamo et al., 2021; Picciotto et al., 2021). Le EV, vescicole di dimensioni nanometriche della membrana lipidica secrete da differenti tipi di cellule, svolgono ruoli decisivi nella comunicazione intercellulare e intraspecie (Muraca et al., 2015; Soareset et al., 2017; Cai et al., 2018; Gill et al., 2019; Bleackley et al., 2020; Picciotto et al., 2020). I nanoalgosome mostrano diversi attributi previsti dalle EV in termini di morfologia, dimensione, distribuzione, contenuto proteico e immunoreattività (Adamo et al., 2021; Picciotto et al., 2021). Inoltre, i nanoalgosome offrono numerosi vantaggi rispetto alle EV derivate da cellule, piante, batteri o latte di mammiferi poiché le cellule microalgali hanno elevati tassi di crescita, possono essere coltivate su terreni non arabili in condizioni ambientali controllate in fotobioreattori e possono produrre nanoalgosome con modalità rinnovabili con un rendimento paragonabile a quello di altre risorse (Wang et al., 2013; Kim et al., 2015; Raimondo et al., 2015; Munagala et al., 2016; Bitto and Kaparakis-Liaskos, 2017; Gerritzen et al., 2017; Pocsfalvi et al., 2018; Paganini et al., 2019). In aggiunta, l'origine naturale e la caratteristica sostenibile dei nanoalgosome garantiscono una maggiore accoglienza nella società e le rendono meno soggette a questioni etiche sensibili nel contesto del loro utilizzo come nuovi nanomateriali naturali.

Risultati precedenti hanno mostrato che i nanoalgosome vengono assorbiti da differenti sistemi cellulari e non sono citotossici alle dosi testate (Adamo et al., 2021; Picciotto et al., 2021). In questo scritto viene fornita un'analisi più dettagliata utilizzando differenti metodi di colorazione delle EV in modo da definire meglio la loro concentrazione, la distribuzione dimensionale e l'assorbimento delle cellule in vitro (Verweij et al., 2021). La distribuzione dimensionale e la concentrazione delle nanoparticelle sono state misurate con la tecnologia NanoSight NS300 (Malvern Panalytical). La conoscenza viene ulteriormente ampliata dall'utilizzo di un organismo modello in vivo Caenorhabditis elegans (Nematodi). Questa scelta viene effettuata nel contesto delle valutazioni della biosicurezza in organismi interi di nanoparticelle. In quanto tale, i saggi in vivo sugli invertebrati sono stati di recente considerati test altamente idonei (Hunt, 2016; Wu et al., 2019). A differenza degli organismi superiori, i modelli di invertebrati come C. elegans sono più rapidi, meno costosi e sollevano meno preoccupazioni da un punto di vista etico nel settore della ricerca scientifica, soddisfacendo quindi i principi delle 3R (Li et al., 2021). In aggiunta, per la sua trasparenza corporea, C. elegans è stato utilizzato per studiare l'assorbimento, la tossicità e la biodistribuzione delle nanoparticelle o (Scharf et al., 2013), per comprendere la secrezione e la funzione delle EV (Beer et al., 2016) per scoprire la modulazione delle EV derivate da batteri probiotici sulle risposte immunitarie dell'ospite (Li et al., 2017).

I dati mostrano che i nanoalgosome possono essere efficacemente assorbiti dalle cellule di mammiferi in coltura e dalle cellule intestinali di C. elegans, suggerendo un potenziale ruolo nella comunicazione tra i regni.

 

Fonte

Nanoalgosomes: Introducing extracellular vesicles produced by microalgae. Giorgia Adamo,David Fierli,Daniele P. Romancino,Sabrina Picciotto,Maria E. Barone,Anita Aranyos,Darja Božič,Svenja Morsbach,Samuele Raccosta,Christopher Stanly,Carolina Paganini,Meiyu Gai,Antonella Cusimano,Vincenzo Martorana,Rosina Noto,Rita Carrotta,Fabio Librizzi,Loredana Randazzo,Rachel Parkes,Umberto Capasso Palmiero,Estella Rao,Angela Paterna,Pamela Santonicola,Ales Iglič,Laura Corcuera,Annamaria Kisslinger,Elia Di Schiavi,Giovanna L. Liguori,Katharina Landfester,Veronika Kralj-Iglič,Paolo Arosio,Gabriella Pocsfalvi,Nicolas Touzet,Mauro Manno,Antonella Bongiovanni.

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