I ricercatori della Purdue hanno escogitato un modo per catturare i dettagli più fini di complessi processi cellulari utilizzando minuscole particelle sintetiche note come dendrimeri, una tecnologia che potrebbe portare a un trattamento più mirato per il cancro.

Una comprensione precisa di come le cellule inghiottono piccole particelle, un processo noto come endocitosi, potrebbe aiutare i ricercatori a migliorare la somministrazione dei farmaci e rivelare i meccanismi dei virus. Ma le particelle "mangiate" dalle cellule e le proteine ​​che controllano i percorsi di ingresso delle cellule sono troppo piccole per essere rilevate dalle tecnologie convenzionali.

W. Andy Tao, professore di biochimica, e i suoi collaboratori hanno sviluppato un metodo che invia dendrimeri nelle cellule per monitorare, catturare e isolare le proteine ​​che regolano il processo di interiorizzazione cellulare, identificare 809 proteine ​​coinvolte nelle vie di ingresso delle cellule.

La tecnologia, noto come Tracing Internalization and TrAfficking of Nanomaterials o TITAN, "ci aiuta a capire come le cellule interiorizzano le particelle extracellulari e come muovono queste particelle, " Tao ha detto. "Questo è tutto utile, preziose informazioni per il futuro mentre cerchiamo di interrompere quei processi per tenere fuori cose dannose come i virus o lavorare con i processi per fornire un farmaco utile".

I dendrimeri sono nanoparticelle ramificate simmetricamente, di dimensioni simili alle proteine ​​naturali. Significa "molecola simile ad un albero", le piccole dimensioni e la struttura di un dendrimero lo rendono un corriere ideale per trasportare una varietà di molecole attraverso i suoi numerosi rami in una cellula. Uno dei ruoli più preziosi dei dendrimeri è la somministrazione mirata di farmaci per malattie come il cancro. I dendrimeri possono somministrare selettivamente farmaci alle cellule tumorali a differenza della chemioterapia, che distrugge allo stesso modo le cellule sane e quelle cancerose.

Tao e il team hanno modificato chimicamente i dendrimeri prima di inviarli nelle cellule con un'etichetta fluorescente che avrebbe reso i dendrimeri più facili da individuare mentre viaggiavano all'interno della cellula; un reticolante fotoreattivo che consentirebbe ai dendrimeri di legarsi alle proteine ​​sotto la radiazione UV; e un "manico" con cui i ricercatori potrebbero ripescare i dendrimeri dal resto del materiale cellulare.

Quando i ricercatori hanno irradiato le cellule, i dendrimeri all'interno hanno afferrato tutte le proteine ​​nell'ambiente circostante, fornendo in tempo reale, fermo immagine di cui proteine ​​regolano l'endocitosi. Il team ha irradiato le cellule a tre diversi intervalli di tempo:30 minuti, un'ora e due ore.

"Abbiamo visto diverse molecole in ogni momento che ci hanno detto dove si trovava il dendrimero e con quali meccanismi è stato consegnato nella cellula, " Tao ha detto. "Diciamo che sei andato a Wal-Mart, ma invece di dirmi quali strade hai percorso, hai scattato foto di edifici e monumenti in diversi momenti lungo il percorso. Quelle immagini mi diranno quali strade hai preso. Questo è lo stesso metodo".

I ricercatori hanno utilizzato la spettrometria di massa per isolare e identificare centinaia di proteine ​​coinvolte nell'endocitosi, confermando meccanismi che molti biologi avevano ipotizzato in precedenza.

Sapere quali proteine ​​guidano l'endocitosi e in quali fasi potrebbe aiutare i ricercatori a perfezionare la somministrazione della nanomedicina e possibilmente renderla più mobile nelle cellule, ha detto Tao.

"Possiamo estrarre molte informazioni cruciali da TITAN, " ha detto. "Questa è una piattaforma tecnologica che apre un nuovo modo per studiare molti processi biologici su piccola scala nella cellula".

Alcune delle potenziali applicazioni di TITAN includono la determinazione del modo in cui i virus entrano e viaggiano all'interno delle cellule, rivelando come le cellule tumorali comunicano tra loro e aiutando a tracciare dove le nanoparticelle finiscono all'interno della cellula, una caratteristica che è relativamente sconosciuta.

"Si stanno sviluppando molte nanotecnologie, ma non abbiamo davvero idea di quali problemi di sicurezza o tossicità potrebbero essere coinvolti, " Tao said. "Understanding where these nanoparticles go in the cell and if they degrade over time is important. TITAN can track how nanoparticles move in the cell and whether they end up in the nucleus - which could be a problem - or in the cell's 'garbage disposal.'"