Il progetto MIMIC-Key ha l’obiettivo di comprendere e ricreare le preziose funzionalità delle vescicole extracellulari (EV) presenti negli organismi viventi, involucri secreti da varie cellule con funzione di targeting di specifici tessuti e rilascio selettivo del loro contenuto.
Per farlo, sono state analizzate le proprietà funzionali di EV esistenti in natura, al fine di caratterizzarne le capacità di trasporto e di targeting. Come caso studio sono state analizzate le EV prodotte in alcuni tipi di cancro, note per la loro elevata selettività verso un tipo specifico di cellule ossee, gli osteoclasti, deputate al riassorbimento del tessuto osseo. Lo scopo è produrre analoghi artificiali, basati su nanoparticelle sintetiche, che possano trasportare un carico terapeutico verso cellule bersaglio selezionate.
MIMIC-KeY si propone quindi di sfruttare la strategia con cui il cancro attacca il tessuto cellulare per sviluppare nanocarrier in grado di rilasciare medicinali all’interno degli osteoclasti. Tale tecnologia trova immediata applicazione nella cura delle malattie metaboliche delle ossa che colpiscono gli osteoclasti, ma in futuro potrà essere adattata per la cura di un ampio spettro di patologie.
Al progetto, finanziato dal programma Horizon 2020, partecipa un consorzio internazionale e multidisciplinare composto da 4 università, 2 centri di ricerca e un’impresa con competenze di biologia, chimica, farmaceutica, nanoingegneria, modellazione molecolare e nanoimaging.
Il Laboratorio Scienza dei materiali computazionale (CMS Lab) del MEMTi, diretto dal Prof. Giovanni Maria Pavan, con Dr. Charly Empereur-mot e Dr. Claudio Perego è responsabile per la parte di modellazione molecolare del progetto. L’obiettivo è comprendere e prevedere la struttura e la dinamica delle EV sintetiche progettate attraverso simulazioni computazionali, che permettono di raggiungere un dettaglio superiore e inaccessibile rispetto alle tecniche sperimentali di nanoimaging.
Nel corso del progetto, il CMS Lab ha effettuato lo studio di differenti modelli di EV sintetiche, con particolare attenzione sulle membrane lipidiche che formano l’involucro esterno di queste vescicole artificiali. Grazie ai modelli molecolari è stato possibile ottenere informazioni dettagliate sulle proprietà strutturali derivate da diverse composizioni molecolari della membrana. Inoltre, i metodi computazionali sviluppati dal CMS Lab hanno permesso di analizzare le proprietà dinamiche delle EV progettate, determinate dalla mobilità delle differenti specie molecolari, che giocano un ruolo cruciale nel garantire le caratteristiche di targeting selettivo delle EV sintetiche.
Caratterizzando la dinamica globale e locale delle specie molecolari che compongono queste EV in funzione della composizione e della geometria degli involucri, il laboratorio ha fornito preziose indicazioni in termini di design e progettazione di EV sintetiche efficaci, necessarie al consorzio MIMIC-KeY per concludere il progetto.