25 settembre 2020
Aggiornato 15:30
L’effetto paradossale delle fratture multiple

Il segreto della resistenza: andare in mille pezzi

Una nuova ricerca e un progetto per studiare materiali “bioispirati”

TRIESTE - Essere tutti d’un pezzo non è sempre una buona strategia per resistere alle sollecitazioni esterne. I tessuti biologici lo sanno bene: tendono a rompersi in più punti simultaneamente e gradualmente, invece che in un solo punto e in modo catastrofico. Questo li rende particolarmente resistenti. Un gruppo di ricercatori della SISSA ha condotto uno studio teorico che spiega il meccanismo dietro questo fenomeno, già osservato sperimentalmente su colture di cellule epiteliali, e compie i primi passi verso la creazione di materiali artificiali con caratteristiche ispirate a quelle dei biomateriali. Materiali di questo genere possono trovare applicazione in vari ambiti, per esempio quello medico. Lo studio è stato pubblicato su Physical Review Letters.

Nuova ricerca appena pubblicata su Physical Review Letters
I tessuti biologici (le pareti dei vasi sanguigni, la pelle,  le ossa…) sono incredibilmente resistenti: li tiri, li deformi e li strapazzi continuamente, ma loro non si lacerano. Il segreto sta in una proprietà apparentemente paradossale: questi tessuti tendono a fratturarsi contemporaneamente in più punti, anziché in uno (o pochi) solamente. Lo spiega una nuova ricerca appena pubblicata su Physical Review Letters, condotta da un gruppo di ricercatori della Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) di Trieste in collaborazione con alcuni scienziati dell’Università Politecnica della Catalogna.
 
L’effetto paradossale delle fratture multiple
Nella simulazione al computer prodotta dal team di DeSimone veniva considerato un singolo strato di cellule epiteliali unito a un substrato di idrogel. Il foglietto di cellule veniva prima tirato e poi lasciato andare. «Sorprendentemente, le fratture non apparivano in fase di tiro, ma in quella di rilascio - spiega Noselli - Abbiamo inoltre osservato, cosa anche questa piuttosto sorprendente, la comparsa di fratture in molti punti, lungo le linee di giunzione cellulare, dove una cellula sta a contatto con un altra». Nel processo, spiegano gli autori, il substrato di idrogel, che rappresenta la matrice extracellulare in cui normalmente i tessuti biologici si trovano immersi, è particolarmente importante.  Bisogna immaginare l’idrogel come una sorta di spugna in cui viene intrappolata l’acqua. «È la presenza di questo substrato che agevola la frattura multipla: quando il sistema viene compresso il fluido intrappolato nei pori dell’idrogel viene spinto all’interno di piccole fessure presenti nello strato epiteliale, in corrispondenza delle giunzioni cellulari, causandone l’apertura. - spiega Lucantonio - Grazie alle simulazioni al computer i ricercatori hanno stabilito quali sono le caratteristiche specifiche dell’idrogel che favoriscono la frattura distribuita». Ecco dunque spiegato l’effetto paradossale delle fratture multiple: «dovendo forzare più punti di rottura l’energia complessiva per rompere il sistema aumenta. - conclude Noselli - Sistemi che si fratturano in maniera distribuita sono dunque più resistenti di altri dove la rottura avviene in maniera localizzata».