Questo grafico mostra un robot molecolare (automa) in azione. Per contrassegnare le celle (cerchio grigio) che visualizzano il Mi, Mj, e recettori Mk, vengono impiegati cinque diversi componenti di un robot molecolare. Ciascuno dei primi tre componenti è costituito da DNA e un anticorpo; un anticorpo si lega a ciascun recettore, avvicinando il suo DNA (rappresentato dalle linee colorate) sulla cellula. Il quarto componente del DNA, rappresentato dalla singola linea rossa, quindi avvia una reazione a catena allontanando il filamento di DNA rosso dal primo anticorpo. Ciò fa sì che il filamento di DNA blu cambi posizione, seguito dal filamento di DNA verde. Nella fase finale, l'ultimo anticorpo tira un filamento di DNA fluorescente (etichettato F) dal quinto componente, completare l'azione del robot. Credito:Milan Stojanovic, Ph.D./Centro medico della Columbia University
Ricercatori del Columbia University Medical Center, lavorando con i loro collaboratori presso l'Ospedale di Chirurgia Speciale, hanno creato una flotta di "robot" molecolari che possono insediarsi su specifiche cellule umane e contrassegnarle per la terapia farmacologica o la distruzione.
I nanorobot, un insieme di molecole di DNA, alcuni attaccati agli anticorpi - sono stati progettati per cercare un insieme specifico di cellule del sangue umano e attaccare un'etichetta fluorescente alle superfici cellulari. I dettagli del sistema sono stati pubblicati il 28 luglio 2013, nell'edizione online di Nanotecnologia della natura .
"Questo apre la possibilità di utilizzare tali molecole per mirare, trattare, o uccidere cellule specifiche senza influenzare cellule sane simili, " ha detto il ricercatore senior dello studio, Milan Stojanovic, dottorato di ricerca, professore associato di medicina e ingegneria biomedica presso il Columbia University Medical Center. "Nel nostro esperimento, abbiamo marcato le cellule con un pennarello fluorescente; ma potremmo sostituirlo con un farmaco o con una tossina per uccidere la cellula".
Sebbene altri nanorobot a DNA siano stati progettati per fornire farmaci alle cellule, il vantaggio della flotta di Stojanovic è la sua capacità di distinguere popolazioni cellulari che non condividono una sola caratteristica distintiva.
cellule, comprese le cellule tumorali, raramente possiedono un singolo, caratteristica esclusiva che li distingue da tutte le altre celle. Ciò rende difficile progettare farmaci senza effetti collaterali. I farmaci possono essere progettati per colpire le cellule tumorali con un recettore specifico, ma saranno prese di mira anche le cellule sane con lo stesso recettore.
L'unico modo per indirizzare le celle in modo più preciso consiste nell'identificare le celle in base a un insieme di caratteristiche. "Se cerchiamo la presenza di cinque, sei, o più proteine sulla superficie cellulare, possiamo essere più selettivi, " Ha detto il dottor Stojanovic. Le grandi macchine per la selezione delle cellule hanno la capacità di identificare le cellule sulla base di più proteine, ma fino ad ora, le terapie molecolari non hanno avuto questa capacità.
Come funziona
Invece di costruire una singola molecola complessa per identificare più caratteristiche di una superficie cellulare, Il dottor Stojanovic e i suoi colleghi alla Columbia hanno usato un diverso, e potenzialmente più facile, approccio basato su più molecole semplici, che insieme formano un robot (o automa, come preferiscono chiamarlo gli autori).
Per identificare una cellula che possiede tre specifiche proteine di superficie, Il Dr. Stojanovic ha prima costruito tre diversi componenti per i robot molecolari. Ogni componente era costituito da un pezzo di DNA a doppio filamento attaccato a un anticorpo specifico per una delle proteine di superficie. Quando questi componenti vengono aggiunti a un insieme di celle, le porzioni anticorpali del robot si legano alle rispettive proteine (nella figura, CD45, CD3, e CD8) e lavorano in concerto.
Sulle celle in cui sono attaccati tutti e tre i componenti, un robot è funzionale e un quarto componente (etichettato con 0 sotto) avvia una reazione a catena tra i filamenti di DNA. Ogni componente scambia un filamento di DNA con un altro, fino alla fine dello scambio, quando l'ultimo anticorpo ottiene un filamento di DNA marcato in modo fluorescente.
Alla fine della reazione a catena, che richiede meno di 15 minuti in un campione di sangue umano, solo le cellule con le tre proteine di superficie vengono etichettate con il marcatore fluorescente.
"Abbiamo dimostrato il nostro concetto con le cellule del sangue perché le loro proteine di superficie sono ben note, ma in linea di principio le nostre molecole potrebbero essere dispiegate ovunque nel corpo, " ha detto il dottor Stojanovic. Inoltre, il sistema può essere ampliato per identificare quattro, cinque, o anche più proteine di superficie.
Ora i ricercatori devono dimostrare che i loro robot molecolari funzionano in un animale vivente; il prossimo passo saranno gli esperimenti sui topi.
