(Phys.org) — I ricercatori dell'Università della Florida hanno sviluppato un "nanotreno di DNA" che velocizza il suo carico utile di farmaci antitumorali e agenti di bioimmagine alle cellule tumorali in profondità all'interno del corpo. La capacità del nanotreno di somministrare in modo conveniente alte dosi di farmaci a tumori mirati con precisione e altre malattie mediche senza lasciare dietro di sé nano-disordine tossico è stato l'inafferrabile Santo Graal per gli scienziati che studiano il minuscolo mondo della nanotecnologia del DNA.
La nanotecnologia del DNA è molto promettente come nuovo modo per somministrare la chemioterapia direttamente alle cellule tumorali, ma fino ad ora, gli scienziati non sono stati in grado di indirizzare le nanoterapie per differenziare in modo coerente le cellule tumorali da quelle sane. Altri fattori limitanti includono costi elevati, quantità troppo piccole di farmaci somministrati e potenziali effetti collaterali tossici.
"La maggior parte delle nanotecnologie si basa su un approccio alle nanoparticelle, e le particelle sono fatte di materiali inorganici; dopo che sono stati usati come vettore per il farmaco, saranno lasciati all'interno del corpo, " ha detto il ricercatore capo dello studio, Weihong Tan, un illustre professore di chimica della UF, professore di fisiologia e genomica funzionale, e membro dell'UF Shands Cancer Center e dell'UF Genetics Institute. "Rispetto alle nanostrutture esistenti, il nostro nanotreno è più facile ed economico da realizzare, è altamente specifico per le cellule tumorali, ha un grande potere di caricamento dei farmaci ed è molto biocompatibile."
Descritto nel numero di oggi del Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , Il nanotreno di DNA di Tan è una struttura tridimensionale composta da brevi filamenti di DNA legati insieme in un lungo treno. Alla fine del nanotreno c'è un aptamero, un minuscolo pezzo di acido nucleico che funge da "locomotiva" del treno con il pilota automatico biochimico per fissarsi e legarsi a specifiche cellule cancerose. Dietro ci sono strutture di DNA legate che fungono da fianco a fianco, "carrozzelle" ad alta capacità, "trasporto di agenti di bioimmagini o carichi di farmaci verso i loro bersagli.
"La bellezza del nanotreno è che utilizzando diversi biomarcatori di malattie è possibile collegare diversi tipi di sonde di DNA come 'locomotiva' del treno per riconoscere e colpire diversi tipi di cancro, " ha detto Tan. "Abbiamo precisamente preso di mira la leucemia, cellule tumorali del polmone e del fegato, e poiché le sonde del DNA sono
così precisi nel prendere di mira solo tipi specifici di cellule cancerose che abbiamo visto una drastica riduzione della tossicità dei farmaci rispetto alle chemioterapie standard, che non discriminano bene tra cellule cancerose e sane".
Tan e i suoi colleghi riferiscono che i nanotreni di DNA possono essere realizzati in modo conveniente mescolando frammenti di DNA in un mezzo liquido. La miscela viene quindi esposta a un composto che stimola i pezzi di DNA a cercarsi l'un l'altro e ad autoassemblarsi nei nanotreni di DNA. Il tipo di cellula cancerosa che il nanotreno di DNA cercherà e distruggerà è determinato dal composto specifico aggiunto alla miscela come innesco.
Lo studio ha dimostrato in vitro e nei topi che i nanotreni di DNA prendono di mira esclusivamente le cellule cancerose per le quali sono state programmate le loro sonde. Le sonde del DNA vanno dritte alle cellule cancerose, portando i nanotreni ad agganciarsi alle membrane cellulari e ad entrare nelle cellule. Una volta dentro, i carichi di droga si disperdono, uccidendo le cellule cancerose, un processo che Tan e il suo team hanno monitorato in tempo reale misurando la quantità di luce fluorescente emessa. I componenti biodegradabili dei nanotreni di DNA decadono con le cellule cancerose morte e vengono rimossi dai normali meccanismi di pulizia del corpo.
"Il nostro studio ha scoperto che quando viene caricato con farmaci antitumorali, questi nanotreni hanno inibito la crescita del tumore nei topi più che in quelli che hanno ricevuto farmaci iniettati liberamente nel flusso sanguigno. La cosa più eccitante è che i topi trattati con questi nanotreni hanno subito un numero notevolmente inferiore di effetti collaterali rispetto a quelli trattati con farmaci liberi, " disse Guizhi Zhu, uno studente di dottorato UF che è stato determinante nello studio. "Questo è ciò che miriamo a raggiungere per la futura assistenza sanitaria clinica dei malati di cancro".
Oltre alla sopravvivenza più lunga e all'inibizione della crescita del tumore, i topi che sono stati trattati con la somministrazione di farmaci con nanotreni hanno sperimentato una minore perdita di peso e sono in condizioni fisiche migliori sia dei topi che hanno ricevuto la terapia iniettata sia del gruppo di controllo dei topi che non ha ricevuto alcun trattamento. Tan e il suo team attribuiscono questi risultati migliorati alla tossicità notevolmente ridotta ottenuta dalla somministrazione mirata di farmaci con nanotreni.
"Pensiamo di aver dimostrato che questi nanotreni di DNA sono una promettente piattaforma di trasporto mirato di farmaci per la somministrazione di chemioterapici contro il cancro con una tossicità molto bassa per i tessuti sani, e che la piattaforma ha un'ampia applicazione per molti diversi tipi di cancro, " disse Tan. "Andando avanti, stiamo lavorando per identificare il dosaggio ottimale utilizzando modelli murini per la leucemia a cellule T, tumori del polmone e del fegato e carcinoma mammario triplo negativo.
"È molto eccitante, ma abbiamo ancora molta strada da fare prima delle prove umane, " Egli ha detto.
