Gli ingegneri del MIT hanno progettato nanoparticelle proteiche magnetiche che possono essere utilizzate per tracciare le cellule o per monitorare le interazioni all'interno delle cellule. Le particelle, descritto oggi in Comunicazioni sulla natura , sono una versione migliorata di un naturale, proteina debolmente magnetica chiamata ferritina.

"Ferritina, che è quanto di più vicino ci ha dato la biologia a una nanoparticella proteica naturalmente magnetica, non è davvero così magnetico. È a questo che si rivolge questo documento, "dice Alan Jasanoff, un professore di ingegneria biologica del MIT e autore senior dell'articolo. "Abbiamo utilizzato gli strumenti dell'ingegneria proteica per cercare di aumentare le caratteristiche magnetiche di questa proteina".

Le nuove nanoparticelle proteiche "ipermagnetiche" possono essere prodotte all'interno delle cellule, consentendo alle cellule di essere visualizzate o ordinate utilizzando tecniche magnetiche. Ciò elimina la necessità di etichettare le cellule con particelle sintetiche e consente alle particelle di rilevare altre molecole all'interno delle cellule.

L'autore principale del documento è l'ex studente laureato del MIT Yuri Matsumoto. Altri autori sono lo studente laureato Ritchie Chen e Polina Anikeeva, un assistente professore di scienza dei materiali e ingegneria.

attrazione magnetica

La ricerca precedente ha prodotto particelle magnetiche sintetiche per l'imaging o il monitoraggio delle cellule, ma può essere difficile fornire queste particelle nelle cellule bersaglio.

Nel nuovo studio, Jasanoff e colleghi hanno deciso di creare particelle magnetiche codificate geneticamente. Con questo approccio, i ricercatori forniscono un gene per una proteina magnetica nelle cellule bersaglio, spingendoli a iniziare a produrre la proteina da soli.

"Piuttosto che creare una nanoparticella in laboratorio e attaccarla alle cellule o iniettarla nelle cellule, tutto ciò che dobbiamo fare è introdurre un gene che codifica questa proteina, "dice Jasanoff, che è anche membro associato del McGovern Institute for Brain Research del MIT.

Come punto di partenza, i ricercatori hanno usato ferritina, che trasporta una scorta di atomi di ferro di cui ogni cellula ha bisogno come componenti degli enzimi metabolici. Nella speranza di creare una versione più magnetica della ferritina, i ricercatori hanno creato circa 10 milioni di varianti e le hanno testate nelle cellule di lievito.

Dopo ripetuti cicli di screening, i ricercatori hanno utilizzato uno dei candidati più promettenti per creare un sensore magnetico costituito da ferritina potenziata modificata con un tag proteico che si lega a un'altra proteina chiamata streptavidina. Ciò ha permesso loro di rilevare se la streptavidina era presente nelle cellule di lievito; però, questo approccio potrebbe anche essere adattato per mirare ad altre interazioni.

La proteina mutata sembra superare con successo una delle principali carenze della ferritina naturale, che è che è difficile caricare con il ferro, dice Alan Koretsky, un ricercatore senior presso l'Istituto nazionale di disturbi neurologici e ictus.

"Essere in grado di creare più indicatori magnetici per la risonanza magnetica sarebbe favoloso, e questo è un passo importante per rendere quel tipo di indicatore più robusto, "dice Koretsky, che non faceva parte del gruppo di ricerca.

Rilevamento dei segnali cellulari

Poiché le ferritine ingegnerizzate sono codificate geneticamente, possono essere fabbricati all'interno di cellule programmate per farli rispondere solo in determinate circostanze, come quando la cellula riceve un qualche tipo di segnale esterno, quando si divide, o quando si differenzia in un altro tipo di cellula. I ricercatori potrebbero monitorare questa attività utilizzando la risonanza magnetica (MRI), potenzialmente permettendo loro di osservare la comunicazione tra i neuroni, attivazione delle cellule immunitarie, o differenziazione delle cellule staminali, tra gli altri fenomeni.

Tali sensori potrebbero essere utilizzati anche per monitorare l'efficacia delle terapie con cellule staminali, dice Jasanoff.

"Man mano che le terapie con cellule staminali vengono sviluppate, sarà necessario disporre di strumenti non invasivi che consentano di misurarli, " dice. Senza questo tipo di monitoraggio, sarebbe difficile determinare quale effetto sta avendo il trattamento, o perché potrebbe non funzionare.

I ricercatori stanno ora lavorando per adattare i sensori magnetici affinché funzionino nelle cellule dei mammiferi. Stanno anche cercando di rendere la ferritina ingegnerizzata ancora più fortemente magnetica.

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.