Utilizzando una tecnica nota come "origami dell'acido nucleico, "Gli ingegneri chimici hanno costruito minuscole particelle fatte di DNA e RNA in grado di fornire frammenti di RNA direttamente ai tumori, disattivando i geni espressi nelle cellule tumorali.

Per ottenere questo tipo di arresto genico, nota come interferenza dell'RNA, molti ricercatori hanno provato, con un certo successo, a fornire RNA con particelle costituite da polimeri o lipidi. Però, quei materiali possono comportare rischi per la sicurezza e sono difficili da mirare, dice Daniel Anderson, professore associato di scienze e tecnologia della salute e ingegneria chimica, e membro del David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research presso il MIT.

Le nuove particelle, sviluppato da ricercatori del MIT, Alnylam Pharmaceuticals e la Harvard Medical School, sembrano superare queste sfide, dice Anderson. Poiché le particelle sono fatte di DNA e RNA, sono biodegradabili e non rappresentano una minaccia per il corpo. Possono anche essere etichettati con molecole di folato (vitamina B9) per indirizzare l'abbondanza di recettori di folato presenti su alcuni tumori, compresi quelli associati al cancro ovarico - uno dei più mortali, tumori più difficili da trattare.

Anderson è autore senior di un articolo sulle particelle apparso nel numero del 3 giugno di Nanotecnologia della natura . L'autore principale del documento è l'ex postdoc del MIT Hyukjin Lee, ora assistente professore alla Ewha Womans University di Seoul, Corea del Sud.

Interruzione genetica

interferenza dell'RNA (RNAi), un fenomeno naturale che le cellule usano per controllare la loro espressione genica, ha incuriosito i ricercatori sin dalla sua scoperta nel 1998. Le informazioni genetiche vengono normalmente trasportate dal DNA nel nucleo ai ribosomi, strutture cellulari in cui vengono prodotte le proteine. Il breve RNA interferente (siRNA) interrompe questo processo legandosi alle molecole di RNA messaggero che trasportano le istruzioni del DNA, distruggendoli prima che raggiungano il ribosoma.

nanoparticelle che rilasciano siRNA fatte di lipidi, che stanno sviluppando anche il laboratorio di Anderson e Alnylam, hanno mostrato un certo successo nella disattivazione dei geni del cancro negli studi sugli animali, e sono attualmente in corso studi clinici su pazienti con cancro al fegato. Le nanoparticelle tendono ad accumularsi nel fegato, milza e polmoni, quindi il cancro al fegato è un bersaglio naturale, ma è stato difficile indirizzare tali particelle ai tumori in altri organi.

“Quando pensi al cancro metastatico, non vuoi fermarti solo nel fegato, "dice Anderson. "Vuoi anche raggiungere siti più diversificati."

Un altro ostacolo alla realizzazione della promessa dell'RNAi è stato trovare modi per fornire i brevi filamenti di RNA senza danneggiare i tessuti sani del corpo. Per evitare questi possibili effetti collaterali, Anderson ei suoi colleghi hanno deciso di provare a fornire l'RNA in un semplice pacchetto fatto di DNA. Usando gli origami dell'acido nucleico - che consente ai ricercatori di costruire forme 3D da brevi segmenti di DNA - hanno fuso sei filamenti di DNA per creare un tetraedro (un a sei spigoli, piramide quadrifronte). Un singolo filamento di RNA è stato quindi apposto su ciascun bordo del tetraedro.

"La cosa particolarmente eccitante degli origami di acidi nucleici è il fatto che puoi creare particelle molecolarmente identiche e definire la posizione di ogni singolo atomo, "dice Anderson.

Per indirizzare le particelle alle cellule tumorali, i ricercatori hanno attaccato tre molecole di folato a ciascun tetraedro. Frammenti proteici corti potrebbero anche essere usati per indirizzare le particelle verso una varietà di tumori.

Usando l'origami dell'acido nucleico, i ricercatori hanno molto più controllo sulla composizione delle particelle, rendendo più facile creare particelle identiche che cercano tutte il bersaglio giusto. Questo non è di solito il caso delle nanoparticelle lipidiche, dice Vinod Labhasetwar, professore di ingegneria biomedica presso il Lerner Research Institute presso la Cleveland Clinic. “Con le particelle lipidiche, non sei sicuro di quale frazione delle particelle stia realmente raggiungendo il tessuto bersaglio, "dice Labhasetwar, che non è stato coinvolto in questo studio.

Circola e accumula

In studi su topi a cui sono stati impiantati tumori umani, i ricercatori hanno scoperto che una volta iniettato, le nanoparticelle di acido nucleico circolavano nel flusso sanguigno con un'emivita di 24 minuti, abbastanza a lungo da raggiungere i loro obiettivi. Il tetraedro del DNA sembra proteggere l'RNA dal rapido assorbimento da parte dei reni e dall'escrezione, che di solito accade con l'RNA somministrato da solo, dice Anderson.

“Se prendi un breve RNA interferente e lo inietti nel flusso sanguigno, è in genere andato in sei minuti. Se crei una nanoparticella più grande usando metodi origami, aumenta la sua capacità di evitare l'escrezione attraverso i reni, aumentando così il suo tempo di circolazione nel sangue” dice.

I ricercatori hanno anche dimostrato che le nanoparticelle di acido nucleico si sono accumulate nei siti del tumore. L'RNA rilasciato dalle particelle è stato progettato per colpire un gene per la luciferasi, che era stato aggiunto alle cellule tumorali per farle brillare. Hanno scoperto che nei topi trattati, l'attività della luciferasi è diminuita di oltre la metà.

Il team sta ora progettando nanoparticelle per colpire i geni che promuovono la crescita del tumore, e sta anche lavorando per spegnere i geni coinvolti in altre malattie genetiche.

La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health, il Centro per l'eccellenza delle nanotecnologie sul cancro, Alnylam Pharmaceuticals e la National Research Foundation della Corea.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.