Se hai mai acquistato un nuovo iPhone, hai sperimentato una buona confezione.

Il modo in cui il coperchio si separa lentamente dalla scatola. La linguetta che ti aiuta a rimuovere il dispositivo. Anche la trama degli inserti di carta è importante per Apple. Ogni aspetto della confezione dell'iPhone è stato meticolosamente progettato per una piacevole esperienza estetica.

Quando si tratta di modificare il genoma, una buona confezione è ancora più cruciale.

In un recente articolo sulla rivista Natura , un team di bioingegneri qui all'Università di Washington descrive un nuovo tipo di imballaggio costruito per proteggere il materiale genetico, specificamente RNA. Questo packaging di design è costituito da proteine ​​che si autoassemblano in nanostrutture simili a palloni da calcio note come capsidi. Queste minuscole particelle incapsulano l'RNA, permettendogli di muoversi per ore nel corpo dei topi senza essere degradato, evitando una delle maggiori sfide per il successo dell'editing genetico.

Consegna di materiale genetico

Spostare il materiale genetico (DNA o RNA) in tutto il corpo o indirizzarlo a specifici organi e tessuti è una sfida chiave nell'editing del genoma umano. Oltre a tecnologie come CRISPR, che taglia fisicamente il DNA, alcune terapie geniche potenzialmente salvavita richiederanno l'inserimento di nuovi elementi genetici che servano da modelli per la riparazione. Ma questi progetti genetici affrontano condizioni pericolose una volta che entrano nel corpo.

Poiché le infezioni mortali spesso iniziano quando il materiale genetico indesiderato di un agente patogeno entra nelle nostre cellule, i nostri corpi hanno evoluto modi sofisticati per rilevare e demolire rapidamente molecole di DNA e RNA estranee. In poche parole:il materiale genetico non protetto non rimane a lungo. Infatti, Lo stesso CRISPR si è evoluto nei batteri per svolgere proprio questa funzione di ricerca e distruzione prima che fosse cooptato dagli scienziati come strumento di modifica genetica.

I biotecnologi conoscono da tempo questo problema di consegna. La maggior parte dei ricercatori si è rivolta a quella che potrebbe sembrare una soluzione sorprendente:virus ingegnerizzati.

I virus contengono il proprio materiale genetico che inseriscono o iniettano per infettare una cellula. Se i virus possono essere riprogettati per trasmettere invece materiale genetico specificato dall'uomo nelle cellule dei pazienti senza farli ammalare, il pensiero va, allora forse potrebbero servire da imballaggio fisico per nuovi frammenti terapeutici di DNA o RNA.

Il virus più popolare per la consegna di molecole nelle cellule umane attualmente è il virus adeno-associato, o AAV. Non solo questo virus è un tesoro della ricerca di laboratorio, la Food and Drug Administration è pronta ad approvare una terapia genica pionieristica che la impiega dopo che recenti studi clinici hanno rivelato che gli AAV ingegnerizzati potrebbero aiutare a ripristinare in modo sicuro la vista limitata ai non vedenti. Ma, nota degli esperti, questo virus benigno non è una soluzione perfetta al problema della consegna del gene.

Una soluzione senza virus

Usare un virus riproposto per fornire un payload genetico personalizzato è un po' come usare una scatola riproposta per consegnare un nuovo iPhone. può funzionare, ma potrebbe non dare i migliori risultati. La merce può arrivare danneggiata o per niente, e i virus riproposti possono anche infiammare il sistema immunitario. I ricercatori stanno ancora cercando di capire come modificarli in modo che si comportino in modo sicuro e prevedibile.

Piuttosto che iniziare con un complesso, virus difficile da modificare, i miei colleghi qui all'Institute for Protein Design hanno iniziato il loro lavoro con un capside proteico di design relativamente semplice. Questo recipiente vuoto non conteneva ancora alcun RNA.

Il team ha utilizzato la progettazione delle proteine ​​guidata dal computer e l'evoluzione artificiale del laboratorio per creare una struttura di incapsulamento adeguata. Sono stati in grado di produrre una nanostruttura che ingloba i modelli di RNA a una velocità paragonabile ai migliori AAV ingegnerizzati.

Iniziare, hanno modificato la superficie interna di un capside progettato al computer in modo che l'RNA potesse attaccarsi ad esso. Questo conteneva del materiale genetico ma non gli offriva molta protezione. Mutando questa versione del capside in laboratorio e selezionando i mutanti migliori, sono stati in grado di affinare nuove versioni che confezionavano ancora più RNA, lo ha protetto, e persisteva all'interno del sangue di topo (un ambiente ostile per RNA e proteine ​​estranee).

In altre parole, il team ha utilizzato una delle strategie preferite dalla natura:l'evoluzione.

"Siamo rimasti sorpresi che abbia funzionato così bene, ad essere onesti, "ha detto Gabe Butterfield, un autore principale dello studio. "L'evoluzione è stata in grado di imbattersi in un piccolo numero di mutazioni che hanno apportato grandi miglioramenti a proprietà complesse [come la persistenza nel sangue di topo]".

Verso la terapia genica

Marc Lajoie, un altro autore principale, è ottimista sul futuro di questi capsidi di design, ma pensa che siano "piuttosto lontani" dall'uso nei pazienti.

"Abbiamo sicuramente molto lavoro davanti a noi, " ha affermato Lajoie. Ma con questo duplice approccio che combina la capacità dei virus di evolversi con le capacità delle moderne biotecnologie di progettare nanomateriali sintetici, hanno le loro mire a lungo termine su molecole ingegneristiche che "forniscono carichi diversi [che vanno da farmaci a piccole molecole agli acidi nucleici alle proteine" all'interno del corpo umano.

Con gli smartphone, un packaging ben progettato svolge un ruolo estetico di supporto. Ma se la terapia genica deve diventare un appuntamento fisso della medicina nel 21° secolo, un packaging innovativo può essere essenziale.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.