Modellazione della comunicazione da cellula a cellula utilizzando Vescicole Extracellulari come pacchetti di informazioni

Nel corso dell’evoluzione, le cellule hanno sviluppato diverse forme di comunicazione basate su specifiche interazioni molecolari e mirate a trasmettere messaggi specifici. Le strategie principali di comunicazione cellulare avvengono mediante il legame con recettori o il contatto diretto con la membrana delle cellule bersaglio. La comunicazione basata sullo scambio di Vescicole Extracellulari (EVs) `e emersa come punto focale nella ricerca della comunit`a scientifica, grazie alla stabilit`a e versatilit`a della struttura delle vescicole e alla possibilit`a di utilizzarle in terapie innovative ed efficaci. Le EVs sono essenzialmente ”pacchetti” ricchi di informazioni contenenti DNA, RNA, proteine e diverse molecole, e svolgono un ruolo critico nella stimolazione e regolazione delle vie molecolari nelle cellule bersaglio. In questa tesi di dottorato vengono presentate diverse strategie in cui un modello basato su Equazioni Differenziali Ordinarie (ODE) valuta l’efficienza superiore della comunicazione cellula-cellula attraverso le EVs rispetto alle tradizionali strategie ligando-recettore. Questi risultati hanno il potenziale per rivoluzionare i sistemi di somministrazione di farmaci, specialmente per le malattie complesse. Questo approccio interdisciplinare considera l’entit`a biologica della cellula come mittente e ricevente, enfatizzando l’internalizzazione delle EVs tramite fusione con la membrana plasmatica della cellula bersaglio. Tuttavia, la scarsit`a di informazioni su questi processi ostacola il pieno potenziale delle terapie basate sulle EVs. Per colmare questa lacuna di conoscenza, questa tesi presenta una metodologia matematica, rappresentando un primo passo fondamentale verso un significativo contributo allo studio della comunicazione mediata dalle EVs. Parallelamente a ci`o, `e possibile immaginare un approccio speculare in cui l’informazione non `e pi`u il contenuto singolo delle EVs, ma la vescicola stessa. La vescicola artificiale (liposoma) pu`o essere quindi contrassegnata con un colore e seguire il suo percorso nel tempo. Questa strategia `e applicata nel campo della microfluidica, dove si introduce un nuovo approccio che coinvolge la manipolazione istantanea di gocce di colorante all’interno di una fase oleosa continua, formando piccole gocce, per indurre variazioni nelle propriet`a del flusso. Le applicazioni spaziano dalla medicina alla biotutela e alla somministrazione di farmaci. Questa tesi non solo presenta una nuova metodologia di codifica, ma stabilisce anche un modello per comprendere e prevedere meglio le dinamiche all’interno dei canali microfluidici, con il potenziale di rivoluzionare vari campi. La tesi inizia con una sezione introduttiva che tratta dell’argomento della Comunicazione Molecolare generale (Sezione 5.1), delle sue applicazioni in biologia (Sezione 6.1) e in microfluidica (Sezione 5.2). Viene inoltre fornito un paragrafo di contesto nella Sezione 6, per aiutare a comprendere i lavori riportati nella tesi. Nella Sezione 7 viene riportato lo scopo della ricerca, mentre la sezione dedicata ai risultati del lavoro di ricerca `e strutturata in due parti indipendenti. La Parte I nella Sezione 8 affronta la prima problematica, ossia le diverse strategie di modellazione della comunicazione cellulare basata su dati sperimentali reali in cui si dimostra che le EVs possono svolgere un ruolo cruciale e importante nel recupero della degenerazione neuronale nella malattia di Parkinson. Questa strategia viene realizzata attraverso l’uso di modelli lineari e non lineari che ricostruiscono e descrivono le principali strategie di internalizzazione delle EVs da parte di una cellula bersaglio. Inoltre, si concentra sulle strategie matematiche per derivare i parametri necessari per tali modelli a partire dai dati sperimentali di laboratorio o dalle simulazioni in silico. La Parte II nella Sezione 9 introduce la possibilit`a di trasmettere informazioni in un modo diverso, poich ́e l’interesse non `e pi`u il contenuto delle EVs, ma l’involucro lipidico di cui sono composte. Un sistema microfluidico viene utilizzato per trasmettere informazioni utili variando la ”velocit`a di scorrimento” di queste EVs artificiali. Infine, la Sezione 10 riporta le conclusioni e le prospettive future di questo lavoro di ricerca, mentre la Sezione 11 contiene gli ringraziamenti.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2024

Author dc:creator

• PAPPALARDO, FABRIZIO

Contributors dc:contributor

• LOMBARDO, Alfio

• Extracellular Vesicle
• Molecular Communication
• Biology System Modeling
• Parkinson's Disease
• Neurorigeneration, Microfluidic Systems
• Vescicole Extracellulari
• Comunicazione Molecolare
• Modellizzazione di Sistemi Biologici
• Malattia di Parkinson
• Neurorigenerazione
• Sistemi Microfluidici

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess
• license:PUBBLICO - Pubblico con Copyright
• license uri:iris.PUB02

Language dc:language

ita

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/641469

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/641469