Nel rendering del DNA a sinistra, due dei tre filamenti di DNA sono "normali"; però, il terzo filone ha una regione che può causare il cancro. La ricerca del professor Armani è focalizzata sull'individuazione di queste regioni e sulla comprensione di quali eventi innescano il cambiamento nel DNA. La tecnica che sta usando si basa su un dispositivo nanolaser molto sensibile che è mostrato nell'immagine al microscopio elettronico a destra. Il laser mostrato in questa immagine è più piccolo della larghezza di un capello umano. Credito:USC Viterbi School of Engineering.
Immagina il giorno in cui una macchina potrà prelevare il tuo sangue, esaminarlo per mutazioni genetiche e variazioni chimiche che possono causare il cancro, e tira fuori un farmaco su misura per il tuo DNA.
Quell'ipotetico farmaco prenderebbe di mira - e risolverebbe - le irregolarità puntuali che si sono accumulate nel tempo e che possono portare alla formazione di tumori - e cancro.
Il National Institutes of Health ha incaricato il professor Andrea Armani di Viterbi di sviluppare uno strumento chiave che avvicini i ricercatori alla realizzazione di questa visione.
"Consegna personalizzata di farmaci antitumorali? A seconda dell'approccio, potrebbe essere tra 10 o 15 anni di distanza, "dice Armani, un assistente professore del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Scienza dei Materiali della Famiglia Mork.
Armani ha ricevuto il New Innovator Award 2010 del NIH, che riconosce un gruppo selezionato di ricercatori con "creatività eccezionale" e approcci audaci che "hanno il potenziale per produrre un impatto importante su vasti, problemi importanti nella ricerca biomedica e comportamentale".
Il premio ammonta a una sovvenzione di ricerca di $ 2,3 milioni in cinque anni per indagare sull'epigenetica. Questo campo studia i cambiamenti nel DNA che sono associati al cancro.
L'analisi di questi cambiamenti del DNA ha mostrato risultati promettenti nella diagnosi precoce e nel trattamento del cancro ovarico e di altri tipi di cancro, dice Armani.
Ma gli attuali metodi di ricerca sono solo in grado di catturare istantanee di questi cambiamenti del DNA, invece di monitorare continuamente il processo. Perciò, mancano informazioni che potrebbero essere vitali per comprendere i processi che sono stati collegati al cancro e ad altre malattie, come l'Huntington e il diabete.
Anche la sensibilità o la risoluzione di molte di queste tecniche è molto scarsa. "È come cercare di guardare un programma televisivo attraverso l'elettricità statica, "dice Armani.
Il suo metodo spingerà il campo direttamente all'alta definizione.
Armani propone di sviluppare un nanolaser ultrasensibile che le consentirebbe di rilevare i cambiamenti nel DNA mentre si verificano in tempo reale. Questo dispositivo le permetterà anche di studiare un singolo filamento di DNA in isolamento, piuttosto che gruppi di centinaia o migliaia di fili come i ricercatori devono fare con la tecnologia attuale.
Poiché il DNA si lega alla superficie del nanolaser, il "colore" o la lunghezza d'onda del laser emessa dal laser cambierà. Quando il DNA cambia, il colore cambierà di nuovo. La migliore risoluzione è il risultato della precisione con cui è possibile monitorare il colore.
La prima parte del progetto si concentra sulla costruzione dello strumento nanolaser, mentre la seconda metà finanzia gli esperimenti sul DNA.
L'obiettivo. il gol? Quello che Armani chiama "non fare" questi fattori scatenanti che possono causare il cancro.
Si concentrerà prima sull'uso del nanolaser per eseguire esperimenti iniziali di proof-of-concept utilizzando trigger noti, concentrazioni così elevate di comuni solventi e detergenti.
Parte di questo processo prevede il prelievo di un singolo filamento di DNA, esporlo a una sostanza chimica aggressiva e vedere se viene avviato un cambiamento specifico. In definitiva, vorrebbe essere in grado di avvertire le persone quali fattori scatenanti evitare.
