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  • Il nido d'ape di nanotubi potrebbe dare impulso all'ingegneria genetica

    Immagine al microscopio elettronico di cellule animali (di colore blu) coltivate su una matrice di nanotubi di carbonio.

    I ricercatori hanno sviluppato un metodo nuovo e altamente efficiente per il trasferimento genico. La tecnica, che prevede la coltura e la trasfezione di cellule con materiale genetico su una serie di nanotubi di carbonio, sembra superare i limiti di altre tecnologie di editing genetico.

    Il dispositivo, che è descritto in uno studio pubblicato oggi sulla rivista Piccolo , è il prodotto di una collaborazione tra ricercatori dell'Università di Rochester Medical Center (URMC) e del Rochester Institute of Technology (RIT).

    "Questa piattaforma ha il potenziale per rendere il processo di trasferimento genico più robusto e ridurre gli effetti tossici, mentre aumenta la quantità e la diversità del carico genetico che possiamo trasportare nelle cellule, "ha detto Ian Dickerson, dottorato di ricerca, professore associato presso il Dipartimento di Neuroscienze dell'URMC e coautore dell'articolo.

    "Questo rappresenta un modo molto semplice, poco costoso, ed efficiente che è ben tollerato dalle cellule e può fornire con successo il DNA in decine di migliaia di cellule contemporaneamente, " ha detto Michael Schrlau, dottorato di ricerca, un assistente professore al Kate Gleason College of Engineering al RIT e coautore dell'articolo.

    Le terapie di trasferimento genico hanno a lungo tenuto grandi promesse in medicina. Nuove tecniche di editing genetico, come CRISPR-Cas9, ora consentire ai ricercatori di mirare con precisione ai segmenti del codice genetico che danno origine a una gamma di potenziali applicazioni scientifiche e mediche dalla correzione di difetti genetici, alla manipolazione delle cellule staminali, alla riprogettazione delle cellule immunitarie per combattere le infezioni e il cancro.

    Gli scienziati attualmente utilizzano diversi metodi per inserire nuove istruzioni genetiche nelle cellule, compresa la creazione di piccoli fori nella membrana cellulare mediante impulsi elettrici, iniettare DNA nelle cellule usando un dispositivo chiamato "pistola genetica", " e impiegando virus per "infettare" le cellule con un nuovo codice genetico.

    Però, tutti questi metodi tendono a soffrire di due problemi fondamentali. Primo, questi processi possono essere altamente tossici, lasciando gli scienziati con troppo poche cellule sane con cui lavorare. E secondo, questi metodi sono limitati nella quantità di informazioni genetiche - o "carico utile" - che possono fornire nelle cellule, limitandone l'applicazione. Queste tecniche possono anche richiedere molto tempo e denaro.

    Il nuovo dispositivo descritto nello studio è stato fabbricato nel laboratorio Schrlau Nano-Bio Interface del RIT da Masoud Golshadi, dottorato di ricerca Utilizzando un processo chiamato deposizione chimica da vapore, i ricercatori hanno creato una struttura simile a un nido d'ape costituito da milioni di nanotubi di carboidrati densamente impacchettati con aperture su entrambi i lati di una sottile membrana a forma di disco.

    Il dispositivo è stato impiegato nel Dickerson Lab dell'URMC per coltivare una serie di diverse cellule umane e animali. Dopo 48 ore, le cellule sono state immerse in un mezzo che conteneva DNA liquido. I nanotubi di carbonio hanno agito come condotti che attirano il materiale genetico nelle cellule. Usando questo metodo, i ricercatori hanno osservato che il 98 percento delle cellule è sopravvissuto e l'85 percento è stato trasfettato con successo con il nuovo materiale genetico.

    Il meccanismo di trasferimento del DNA è ancora in fase di studio, ma i ricercatori sospettano che possa avvenire tramite un processo chiamato endocitosi potenziata, un metodo mediante il quale le cellule trasferiscono fasci di proteine ​​avanti e indietro attraverso la membrana cellulare.

    Il dispositivo ha anche dimostrato la capacità di coltivare con successo un'ampia gamma di tipi di cellule, comprese le cellule che sono tipicamente difficili da coltivare e mantenere in vita, come le cellule immunitarie, cellule staminali, e neuroni.

    I ricercatori stanno ora ottimizzando la tecnologia nella speranza che il dispositivo, che è poco costoso da produrre, possa essere messo a disposizione dei ricercatori e, in definitiva, utilizzato per sviluppare nuovi trattamenti per una serie di malattie.


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