Un team di chimici del College of Arts and Scientists della SU ha utilizzato un polimero sensibile alla temperatura per regolare le interazioni del DNA sia in un sistema di assemblaggio mediato dal DNA che in un sistema di somministrazione di farmaci codificato dal DNA.

Le loro scoperte, guidato dal Professore Associato Mathew M. Maye e dagli studenti laureati Kristen Hamner e Colleen Alexander, può migliorare il modo in cui i nanomateriali si autoassemblano in dispositivi funzionali e come i farmaci antitumorali, compresa la doxorubicina, vengono consegnati nel corpo. Maggiori informazioni sono disponibili in un articolo del 30 luglio in ACS Nano , pubblicato dall'American Chemical Society.

Un'area della nanoscienza che collega una vasta gamma di campi, tra cui ottica, il rilevamento chimico e la somministrazione e il trattamento dei farmaci:è l'autoassemblaggio delle nanoparticelle. Durante l'autoassemblaggio, la chimica collegata all'interfaccia delle nanoparticelle guida una reazione. Di conseguenza, le particelle si uniscono per formare un solido, un chai o un piccolo grappolo simile a una molecola.

Maye e altri hanno recentemente scoperto come utilizzare i collegamenti del DNA per creare una serie di strutture. Le reazioni sono veloci e stabili, lui dice, ma può anche essere problematico.

"Per esempio, vogliamo sapere come attivare e disattivare una reazione, senza noiose modifiche alla procedura, " dice Maye. "Abbiamo affrontato questo problema fornendo un innesco termico sotto forma di un polimero intelligente, che cambia la sua struttura a livello nano."

Un polimero intelligente è una grande molecola, composto da molte unità atomiche, che cambia struttura quando esposto a stimoli esterni, come la luce, acidità o temperatura.

Maye e i suoi colleghi hanno sintetizzato un polimero di design che non solo reagisce alla temperatura, ma può anche essere assemblato a una nanoparticella d'oro. La novità di questo approccio, lui dice, è che la nanoparticella possiede brevi segmenti di DNA a singolo filamento.

"Questa funzionalità multiuso e il componente "intelligente" aggiunto sono indicativi di dove sta andando la nanoscienza, " dice Maye. "Vogliamo che i nanomateriali svolgano molti compiti contemporaneamente, e vogliamo essere in grado di attivare e disattivare le loro interazioni da remoto".

La squadra di Maye, perciò, ha progettato un sistema in cui una temperatura elevata (ad es. 50 gradi Celsius) provoca il restringimento dei fili di polimero, esponendoli e rendendoli così operativi, e una bassa temperatura li fa allungare, bloccando le loro proprietà di riconoscimento del DNA.

Maye dice che, in una prova, l'autoassemblaggio tra nanoparticelle di DNA complementari si è verificato solo a temperature elevate. In un secondo studio, il suo team ha scoperto che il calore ha innescato il rilascio di doxorubicina nel guscio del DNA del nanocarrier codificato.

Recentemente inventato da Maye e dai suoi colleghi della SU, il nanocarrier vanta un aumento di sei volte della tossicità, rispetto a quelli utilizzati negli studi precedenti.

"La novità di questo approccio è che i collegamenti interparticellari sono dinamici e riconfigurabili, " Maye dice. "Tale riconfigurazione può portare a solidi intelligenti e metamateriali che reagiscono agli stimoli ambientali, più o meno allo stesso modo in cui i polimeri intelligenti reagiscono alla rinfusa."

Maye e il suo team hanno anche impiegato una serie di tecniche avanzate per comprendere meglio i meccanismi del loro sistema, compresa la diffusione dinamica della luce e la diffusione di raggi X a piccolo angolo.

"Essere in grado di controllare l'assemblaggio delle nanoparticelle con la temperatura ci consente di mettere a punto le loro reazioni e formare strutture più prevedibili. Ci dà anche un sistema più migliorato in cui scalare l'assemblaggio, " lui dice.

Maye prosegue spiegando che per le nanoparticelle codificate dal DNA, tali classi di particelle sono un'eccellente piattaforma per la somministrazione di farmaci:"Se combinate con polimeri termosensibili come quelli del nostro sistema, potrebbero diventare molto redditizi".