I ricercatori del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell'Università di Harvard hanno sviluppato un dispositivo robotico realizzato con DNA che potrebbe potenzialmente cercare specifici bersagli cellulari all'interno di una complessa miscela di tipi cellulari e fornire importanti istruzioni molecolari, come dire alle cellule cancerose di autodistruggersi. Ispirato dalla meccanica del sistema immunitario del corpo, la tecnologia potrebbe un giorno essere utilizzata per programmare le risposte immunitarie per curare varie malattie. I risultati della ricerca appaiono oggi in Scienza .

Usando il metodo dell'origami del DNA, in cui forme e oggetti tridimensionali complessi sono costruiti piegando filamenti di DNA, Shawn Douglas, dottorato di ricerca, un membro dello sviluppo tecnologico Wyss, e Ido Bachelet, dottorato di ricerca, un ex borsista post-dottorato Wyss che ora è professore assistente presso la Facoltà di scienze della vita e il Nano-Center presso l'Università Bar-Ilan in Israele, ha creato un robot di dimensioni nanometriche a forma di barile aperto le cui due metà sono collegate da una cerniera. La canna del DNA, che funge da contenitore, è tenuto chiuso da speciali chiavistelli del DNA in grado di riconoscere e cercare combinazioni di proteine ​​della superficie cellulare, compresi i marcatori di malattia. Quando i chiavistelli trovano i loro obiettivi, si riconfigurano, facendo sì che le due metà della canna si aprano ed espongano il suo contenuto, o carico utile. Il container può contenere vari tipi di carico utile, comprese molecole specifiche con istruzioni codificate che possono interagire con specifici recettori di segnalazione sulla superficie cellulare.

Douglas e Bachelet hanno utilizzato questo sistema per fornire istruzioni, che sono stati codificati in frammenti di anticorpi, a due diversi tipi di cellule cancerose:leucemia e linfoma. In ogni caso, il messaggio alla cellula era di attivare il suo "interruttore del suicidio", una caratteristica standard che consente di eliminare le cellule invecchiate o anormali. E poiché le cellule della leucemia e del linfoma parlano lingue diverse, i messaggi sono stati scritti in diverse combinazioni di anticorpi.

Questo approccio nanoterapeutico programmabile è stato modellato sul sistema immunitario del corpo in cui i globuli bianchi pattugliano il flusso sanguigno alla ricerca di eventuali segni di problemi. Questi combattenti delle infezioni sono in grado di concentrarsi su cellule specifiche in difficoltà, lega a loro, e trasmettere loro segnali comprensibili per autodistruggersi. Il nanorobot DNA emula questo livello di specificità attraverso l'uso di componenti modulari in cui diverse cerniere e messaggi molecolari possono essere inseriti e disinseriti dal sistema di consegna sottostante, tanto quanto diversi motori e pneumatici possono essere posizionati sullo stesso telaio. La potenza programmabile di questo tipo di modularità significa che il sistema ha il potenziale per essere utilizzato un giorno per trattare una varietà di malattie.

"Possiamo finalmente integrare le funzioni di rilevamento e di calcolo logico tramite complessi, eppure prevedibile, nanostrutture:alcuni dei primi ibridi di DNA strutturale, anticorpi, aptameri e cluster atomici metallici, finalizzati a utili, targeting molto specifico di tumori umani e cellule T, " ha detto George Church, dottorato di ricerca, un membro principale della facoltà Wyss e professore di genetica presso la Harvard Medical School, chi è il Principal Investigator del progetto.

Poiché il DNA è un materiale naturale biocompatibile e biodegradabile, La nanotecnologia del DNA è ampiamente riconosciuta per il suo potenziale come meccanismo di rilascio di farmaci e segnali molecolari. Ma ci sono state sfide significative alla sua attuazione, come il tipo di struttura da creare; come aprire, chiudere, e riapri quella struttura da inserire, trasporto, e consegnare un carico utile; e come programmare questo tipo di robot su nanoscala.

Combinando per la prima volta diversi elementi inediti, il nuovo sistema rappresenta un significativo passo avanti nel superamento di questi ostacoli all'attuazione. Ad esempio, perché la struttura a botte non ha coperchi superiore o inferiore, i carichi utili possono essere caricati lateralmente in un solo passaggio, senza dover prima aprire la struttura e poi richiuderla. Anche, mentre altri sistemi utilizzano meccanismi di rilascio che rispondono al DNA o all'RNA, il nuovo meccanismo utilizzato qui risponde alle proteine, che si trovano più comunemente sulle superfici cellulari e sono in gran parte responsabili della segnalazione transmembrana nelle cellule. Finalmente, questo è il primo sistema basato su DNA origami che utilizza frammenti di anticorpi per trasmettere messaggi molecolari, una caratteristica che offre un modo controllato e programmabile per replicare una risposta immunitaria o sviluppare nuovi tipi di terapie mirate.

"Questo lavoro rappresenta un importante passo avanti nel campo della nanobiotecnologia in quanto dimostra la capacità di sfruttare i recenti progressi nel campo degli origami del DNA introdotti da ricercatori di tutto il mondo, compreso William Shih del Wyss Institute, per affrontare una sfida del mondo reale, vale a dire uccidere le cellule tumorali con alta specificità, " ha affermato il direttore fondatore del Wyss Institute, Donald Ingber, M.D., dottorato di ricerca Ingber è anche Judah Folkman Professor of Vascular Biology presso la Harvard Medical School e il Vascular Biology Program presso il Children's Hospital Boston, e Professore di Bioingegneria presso la School of Engineering and Applied Sciences di Harvard. "Questo focus sulla traduzione delle tecnologie dal laboratorio in prodotti e terapie trasformativi è ciò di cui si occupa il Wyss Institute".