I sensori realizzati con molecole di DNA personalizzate potrebbero essere utilizzati per personalizzare i trattamenti contro il cancro e monitorare la qualità delle cellule staminali, secondo un team internazionale di ricercatori guidati da scienziati dell'UC Santa Barbara e dell'Università di Roma Tor Vergata.

I nuovi nanosensori possono rilevare rapidamente un'ampia classe di proteine ​​chiamate fattori di trascrizione, che fungono da interruttori di controllo principali della vita. La ricerca è descritta in un articolo pubblicato su Giornale della società chimica americana .

"Il destino delle nostre cellule è controllato da migliaia di proteine ​​diverse, chiamati fattori di trascrizione, " ha detto Alexis Vallée-Bélisle, un ricercatore post-dottorato nel Dipartimento di Chimica e Biochimica dell'UCSB, che ha condotto lo studio. "Il ruolo di queste proteine ​​è leggere il genoma e tradurlo in istruzioni per la sintesi delle varie molecole che compongono e controllano la cellula. I fattori di trascrizione agiscono un po' come le 'impostazioni' delle nostre cellule, proprio come le impostazioni sui nostri telefoni o computer. Quello che fanno i nostri sensori è leggere quelle impostazioni".

Quando gli scienziati prendono le cellule staminali e le trasformano in cellule specializzate, lo fanno modificando i livelli di alcuni fattori di trascrizione, Lui ha spiegato. Questo processo è chiamato riprogrammazione cellulare. "I nostri sensori monitorano le attività dei fattori di trascrizione, e potrebbe essere utilizzato per assicurarsi che le cellule staminali siano state adeguatamente riprogrammate, " ha detto Vallée-Bélisle. "Potrebbero anche essere usati per determinare quali fattori di trascrizione sono attivati ​​o repressi nelle cellule tumorali di un paziente, consentendo così ai medici di utilizzare la giusta combinazione di farmaci per ogni paziente".

Andrea Bonham, uno studioso post-dottorato presso l'UCSB e co-primo autore dello studio, ha spiegato che molti laboratori hanno inventato modi per leggere i fattori di trascrizione; però, l'approccio di questa squadra è molto rapido e conveniente. "Nella maggior parte dei laboratori, i ricercatori trascorrono ore a estrarre le proteine ​​dalle cellule prima di analizzarle, " ha detto Bonham. "Con i nuovi sensori, schiacceremo solo le cellule, inserire i sensori, e misurare il livello di fluorescenza del campione."

Questo sforzo di ricerca internazionale –– organizzato dagli autori senior Kevin Plaxco, professore nel Dipartimento di Chimica e Biochimica dell'UCSB, e Francesco Ricci, professore all'Università di Roma, Tor Vergata –– è iniziato quando Ricci si è reso conto che tutte le informazioni necessarie per rilevare l'attività dei fattori di trascrizione sono già criptate nel genoma umano, e potrebbe essere usato per costruire sensori. "Al momento dell'attivazione, queste migliaia di diversi fattori di trascrizione si legano alla propria specifica sequenza di DNA bersaglio, " ha detto Ricci. "Usiamo queste sequenze come punto di partenza per costruire i nostri nuovi nanosensori".

La svolta chiave alla base di questa nuova tecnologia è arrivata dagli studi sui biosensori naturali all'interno delle cellule. "Tutte le creature, dai batteri all'uomo, monitorare i loro ambienti utilizzando 'interruttori biomolecolari' –– molecole che cambiano forma fatte da RNA o proteine, " disse Plaxco. "Per esempio, nei nostri seni, ci sono milioni di proteine ​​recettori che rilevano diverse molecole di odore passando da uno "stato spento" a uno "stato acceso". La bellezza di questi interruttori è che sono abbastanza piccoli da funzionare all'interno di una cella, e abbastanza specifico per lavorare negli ambienti molto complessi che si trovano lì."

Ispirato dall'efficienza di questi nanosensori naturali, il gruppo di ricerca ha collaborato con Norbert Reich, anche professore nel Dipartimento di Chimica e Biochimica dell'UCSB, costruire nanosensori sintetici a commutazione usando il DNA, piuttosto che proteine ​​o RNA.

Nello specifico, il team ha riprogettato tre sequenze di DNA presenti in natura, ognuno riconosce un diverso fattore di trascrizione, in interruttori molecolari che diventano fluorescenti quando si legano ai bersagli previsti. Utilizzando questi sensori su scala nanometrica, i ricercatori hanno potuto determinare l'attività del fattore di trascrizione direttamente negli estratti cellulari misurando semplicemente il loro livello di fluorescenza.

I ricercatori ritengono che questa strategia alla fine consentirà ai biologi di monitorare l'attivazione di migliaia di fattori di trascrizione, portando a una migliore comprensione dei meccanismi alla base della divisione e dello sviluppo cellulare. "In alternativa, poiché questi nanosensori lavorano direttamente nei campioni biologici, riteniamo inoltre che potrebbero essere utilizzati per lo screening e il test di nuovi farmaci che potrebbero, Per esempio, inibire l'attività di legame del fattore di trascrizione responsabile della crescita delle cellule tumorali, " disse Plaxco.