Sistemi nanomeccanici per comprendere il comportamento dei canali ionici attivati meccanicamente.

Studying mechanosensitive channels is essential because they serve as key mediators in how cells sense and respond to physical forces, which are fundamental to many physiological functions. These channels translate mechanical stimuli into biochemical signals, involved in physiological and pathological conditions. This thesis advances the field of mechanotransduction by investigating the activation mechanisms of PIEZO2 channels under diverse mechanical conditions, including variations in force intensity, stimulus duration, and directional application. It also examines how geometric cues affect channel localization. By utilizing advanced nanotechnological approaches—Atomic Force Microscopy (AFM) and Fluidic Force Microscopy (FluidFM)—the study seeks to overcome the limitations of traditional methods in studying mechanically activated channels. The research highlights the response of PIEZO2 in transfected cells to low-pressure, short-duration stimuli applied by AFM, revealing both individual and collective cellular behaviors under mechanical stress. Additionally, the local stimulation of dorsal root ganglion (DRG) neuron membranes with FluidFM, employing both positive and negative pressures, demonstrates that membrane deformation activates calcium mechanosensitive channels, with a stronger response observed at longer culture times. The findings also suggest that physical cues from the cellular microenvironment influence not only the morphology of DRG neurons but also the localization of PIEZO2 channels in transfected cells. These findings are helpful to enhance our understanding of PIEZO2 activation and its role in mechanotransduction, potentially guiding the development of therapeutic strategies for diseases associated with mechanosensitivity.

Studiare i canali meccanosensibili è essenziale poiché essi fungono da mediatori chiave nel modo in cui le cellule percepiscono e rispondono alle forze fisiche, fondamentali per molte funzioni fisiologiche. Questi canali traducono gli stimoli meccanici in segnali biochimici, coinvolti sia in condizioni fisiologiche che patologiche. Questa tesi si inserisce nel campo della meccano-trasduzione investigando i meccanismi di attivazione dei canali PIEZO2 sotto diverse condizioni meccaniche, includendo variazioni nell’intensità della forza, nella durata dello stimolo e nella direzione di applicazione. Esamina inoltre come le caratteristiche geometriche influenzino la localizzazione dei canali. Utilizzando approcci nanotecnologici avanzati—Microscopia a Forza Atomica (AFM) e Microscopia a Forza Fluidica (FluidFM)—lo studio cerca di superare le limitazioni dei metodi tradizionali nello studio dei canali attivati meccanicamente. La ricerca mette in evidenza la risposta di PIEZO2 nelle cellule transfettate a stimoli di bassa pressione e breve durata applicati tramite AFM, rivelando comportamenti cellulari sia individuali che collettivi sotto stress meccanico. Inoltre, la stimolazione locale delle membrane dei neuroni dei gangli delle radici dorsali (DRG) con FluidFM, utilizzando sia pressioni positive che negative, dimostra che la deformazione della membrana attiva i canali meccanosensibili al calcio, con una risposta più forte osservata a tempi di coltura più lunghi. I risultati suggeriscono anche che le forze fisiche provenienti dal microambiente cellulare influenzano non solo la morfologia dei neuroni DRG, ma anche la localizzazione dei canali PIEZO2 nelle cellule transfettate. Questi approfondimenti migliorano la nostra comprensione dell’attivazione di PIEZO2 e del suo ruolo nella meccano-trasduzione, potenzialmente orientando lo sviluppo di strategie terapeutiche per malattie associate alla meccanosensibilità.