Lo sviluppo di trattamenti farmaceutici è difficile:medici e ricercatori sanno che un determinato farmaco può regolare funzioni particolari, ma potrebbero non sapere come funziona effettivamente. I ricercatori della Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) hanno sviluppato un nuovo, metodo semplificato per comprendere meglio i meccanismi molecolari alla base di queste interazioni.

Hanno pubblicato il loro approccio il 17 dicembre, 2020 in Chimica organica e biomolecolare, una rivista della Royal Society of Chemistry del Regno Unito.

"Abbiamo deciso di sviluppare un nuovo metodo basato su nanoparticelle d'oro per l'identificazione del bersaglio di piccole molecole bioattive che semplifica gli attuali passaggi laboriosi in modo da poter scoprire rapidamente come funzionano queste molecole, "ha detto Kaori Sakurai, professore associato presso il Dipartimento di Biotecnologie e Scienze della Vita del TUAT.

Le piccole molecole bioattive sono composti chimici, come i prodotti farmaceutici, che possono essere prontamente consegnati e interagire con le cellule di un corpo. Legandosi a proteine ​​specifiche, queste molecole possono ricablare un processo biologico per arrestare o potenziare qualunque fosse la funzione iniziale. Per esempio, le piccole molecole bioattive in un agente antitumorale si legheranno a una proteina nelle cellule tumorali per inibirne la crescita incontrollata. Possono persino ingannare le cellule tumorali nella morte cellulare programmata.

La sfida è che non è sempre chiaro quali proteine ​​vengono prese di mira o se ci sono altre proteine ​​mirate che potrebbero causare effetti collaterali indesiderati. Utilizzando una tecnologia chiamata etichettatura di fotoaffinità, i ricercatori possono illuminare le proteine ​​bersaglio e taggarle istantaneamente, catturarli e identificarli. Però, l'etichettatura di fotoaffinità richiede molto tempo e risorse per sviluppare il tag specifico, assicurarsi che sia attaccato al giusto bersaglio nella cellula e quindi purificare la proteina bersaglio etichettata.

"L'etichettatura di fotoaffinità è un approccio potente per la scoperta di proteine ​​​​bersaglio di piccole molecole, " Disse Sakurai. "Tuttavia, il suo uso di routine è stato ostacolato da diversi problemi, compresa l'etichettatura inefficiente delle proteine ​​e la successiva purificazione e le difficoltà tecniche di trasformare piccole molecole bioattive in sonde adatte."

Il team di Sakurai aveva precedentemente fornito una soluzione al primo problema impiegando una nanoparticella d'oro come impalcatura modulare su cui è possibile progettare una sonda specifica. Nel recente documento, si sono concentrati sullo sviluppo di un processo di preparazione in un unico passaggio.

Poiché le nanoparticelle d'oro hanno superfici che possono contenere pezzi modulari, i ricercatori possono costruire in modo efficiente assemblaggi personalizzati semplicemente mescolando elementi costitutivi, secondo la co-autrice dell'articolo Kanna Mori, uno studente laureato presso il Dipartimento di Biotecnologie e Scienze della Vita del TUAT.

"Le sonde di fotoaffinità possono essere facilmente ottenute dai precursori delle sonde, preassemblato con tre tipi di blocchi di costruzione, ciascuno contenente un gruppo cliccabile, un gruppo fotoreattivo e un gruppo spaziatore solubile in acqua, e quindi incorporare rapidamente una piccola molecola di interesse attraverso la "chimica del clic, '", ha detto Mori.

La piccola molecola fabbricata, anche dopo essere stato coniugato alla nanoparticella, si comporta come una molecola madre che si legherebbe naturalmente a una proteina, e il gruppo fotoreattivo reagisce all'irradiazione della luce ultravioletta che attiva la sonda. Una volta attivato, la sonda può catturare e isolare una proteina bersaglio.

"Abbiamo dimostrato che i precursori delle sonde di fotoaffinità cliccabili forniranno un rapido accesso alle sonde di fotoaffinità di diversi tipi di piccole molecole bioattive per identificare le loro proteine ​​bersaglio, " disse Sakurai.

Prossimo, i ricercatori hanno in programma di esplorare l'utilità delle sonde di nanoparticelle d'oro negli studi di identificazione del bersaglio nelle cellule vive, ampliando il loro lavoro per tener conto delle condizioni fisiologiche. Hanno anche in programma di introdurre prodotti naturali complessi e alcuni prodotti farmaceutici nelle nanoparticelle d'oro per iniziare a identificare le loro proteine ​​bersaglio sconosciute.