(PhysOrg.com) -- Le nanoparticelle d'oro -- minuscole sfere d'oro di appena pochi miliardesimi di metro di diametro -- sono diventate strumenti utili nella medicina moderna. Sono stati incorporati in sistemi di somministrazione di farmaci in miniatura per controllare la coagulazione del sangue, e sono anche i componenti principali di un dispositivo, ora in studi clinici, che è progettato per bruciare i tumori maligni.

Però, una proprietà di queste particelle ostacola molti sviluppi nanotecnologici:sono appiccicose. Le nanoparticelle d'oro possono essere ingegnerizzate per attirare biomolecole specifiche, ma si attaccano anche a molte altre particelle indesiderate, spesso rendendole inefficienti per il loro compito designato.

I ricercatori del MIT hanno trovato un modo per trasformare questo inconveniente in un vantaggio. In un articolo recentemente pubblicato sull'American Chemical Society Nano , Il Professore Associato Kimberly Hamad-Schifferli dei Dipartimenti di Ingegneria Biologica e Ingegneria Meccanica e il postdoc Sunho Park PhD '09 del Dipartimento di Ingegneria Meccanica hanno riferito che potrebbero sfruttare la viscosità delle nanoparticelle per raddoppiare la quantità di proteine ​​prodotte durante la traduzione in vitro - un importante strumento che i biologi utilizzano per produrre in sicurezza una grande quantità di proteine ​​da studiare al di fuori di una cellula vivente.

Durante la traduzione, gruppi di biomolecole si uniscono per produrre proteine ​​da modelli molecolari chiamati mRNA. La traduzione in vitro sfrutta questi stessi componenti biologici in una provetta (al contrario della traduzione in vivo, che si verifica nelle cellule vive), e un mRNA artificiale può essere aggiunto per garantire la produzione di una proteina desiderata. Per esempio, se un ricercatore volesse studiare una proteina che una cellula non produrrebbe naturalmente, o una proteina mutata che sarebbe dannosa per la cellula in vivo, potrebbe usare la traduzione in vitro per creare grandi quantità di quella proteina per l'osservazione e il test. Ma c'è uno svantaggio nella traduzione in vitro:non è così efficiente come potrebbe essere. "Potresti prendere delle proteine ​​un giorno, e nessuno per i prossimi due, ” spiega Hamad-Schifferli.

Con il finanziamento dell'Istituto di imaging biomedico e bioingegneria, Hamad-Schifferli e i suoi collaboratori hanno inizialmente deciso di progettare un sistema che impedisse la traduzione. Questo processo, nota come inibizione della traduzione, può fermare la produzione di proteine ​​dannose o aiutare un ricercatore a determinare la funzione proteica osservando il comportamento delle cellule quando la proteina è stata rimossa. Per realizzare questo, Hamad-Schifferli ha attaccato il DNA a nanoparticelle d'oro, aspettandosi che i grandi aggregati di nanoparticelle-DNA (NP-DNA) bloccherebbero la traduzione.

era scoraggiata, però, per scoprire che l'NP-DNA non ha ridotto la produzione di proteine ​​come previsto. Infatti, aveva alcuni dati inquietanti che suggerivano che invece di inibire la traduzione, l'NP-DNA lo stava potenziando. “In quel momento abbiamo indossato i nostri cappucci ingegneristici, ” ricorda Hamad-Schifferli.

Si scopre che le nanoparticelle appiccicose portano le biomolecole necessarie per la traduzione nelle immediate vicinanze, che aiuta a velocizzare il processo di traduzione. Inoltre, la parte del DNA del complesso NP-DNA è progettata per legarsi a una specifica molecola di mRNA, che verrà tradotto in una specifica proteina. Il legame deve essere abbastanza stretto da mantenere l'mRNA in posizione per la traduzione, ma abbastanza sciolto che l'mRNA può anche legarsi alle altre molecole necessarie per il processo. Poiché la molecola di DNA progettata ha un partner mRNA specifico, che l'mRNA in una soluzione di molte molecole simili può essere potenziato senza dover essere isolato.

Oltre a migliorare la traduzione in vitro, I complessi NP-DNA di Hamad-Schifferli possono avere altre applicazioni. Secondo Ming Zheng, un chimico di ricerca con il National Institute of Standards and Technology, potrebbero essere combinati con nanotubi di carbonio - minuscoli, cilindri cavi incredibilmente resistenti per le loro dimensioni. Possono in definitiva essere la pietra angolare dei sistemi di trasporto che trasportano i farmaci nelle cellule o tra le cellule. La viscosità dell'NP-DNA potrebbe aumentare la velocità e l'accuratezza di un tale sistema di somministrazione di farmaci.

Sebbene Hamad-Schifferli sia fiduciosa che la sua scoperta renderà la traduzione in vitro più affidabile ed efficiente, lei non è finita. Spera di armeggiare con il suo sistema per migliorare ulteriormente la produzione di proteine ​​in vitro, e vedere se il sistema può essere applicato per migliorare la traduzione nelle cellule vive. Per aiutare a raggiungere questi obiettivi, deve progettare e condurre esperimenti per determinare quali molecole sono coinvolte nel processo di potenziamento, e come interagiscono. “Il lato positivo è che siamo stati fortunati, "Hamad-Schifferli dice, riflettendo sulla sua scoperta. "Il rovescio della medaglia è che sarà difficile capire esattamente come funziona il sistema".