Usando minuscoli frammenti di DNA come "codici a barre, " i ricercatori hanno sviluppato una nuova tecnica per lo screening rapido della capacità delle nanoparticelle di fornire selettivamente geni terapeutici a specifici organi del corpo. La tecnica potrebbe accelerare lo sviluppo e l'uso di terapie geniche per killer come le malattie cardiache, cancro e morbo di Parkinson.

Terapie genetiche, come quelli a base di DNA o RNA, sono difficili da consegnare nelle cellule giuste del corpo. Negli ultimi 20 anni, gli scienziati hanno sviluppato nanoparticelle costituite da un'ampia gamma di materiali e hanno aggiunto composti come il colesterolo per aiutare a trasportare questi agenti terapeutici nelle cellule. Ma il rapido sviluppo dei vettori di nanoparticelle ha incontrato un grosso collo di bottiglia:le nanoparticelle devono essere testate, prima nella coltura cellulare, prima che un numero molto piccolo di nanoparticelle venga testato negli animali. Con milioni di combinazioni possibili, identificare la nanoparticella ottimale per colpire ogni organo era altamente inefficiente.

Usando filamenti di DNA lunghi solo 58 nucleotidi, ricercatori dell'Università della Florida, Il Georgia Institute of Technology e il Massachusetts Institute of Technology hanno sviluppato una nuova tecnica di test che salta del tutto i test di coltura cellulare e potrebbe consentire di testare contemporaneamente centinaia di diversi tipi di nanoparticelle in una manciata di animali.

La ricerca originale è stata fatta nei laboratori di Robert Langer, il professore dell'Istituto David H. Koch, e Daniel Anderson, il Samuel A. Goldsmith Professore di Biologia Applicata, al MIT. Con il sostegno dell'Istituto Superiore di Sanità, la ricerca è stata riportata il 6 febbraio sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"Vogliamo capire ad un livello molto alto quali fattori che influenzano la consegna delle nanoparticelle sono importanti, " ha detto James Dahlman, un assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica di Wallace H. Coulter presso la Georgia Tech e la Emory University, uno degli ex studenti laureati di Langer, autore principale dello studio, e uno degli autori corrispondenti del documento. "Questa nuova tecnica non solo ci permette di capire quali sono i fattori importanti, ma anche come i fattori della malattia influenzano il processo".

Per preparare le nanoparticelle per il test, i ricercatori inseriscono un frammento di DNA che viene assegnato a ciascun tipo di nanoparticella. Le nanoparticelle vengono quindi iniettate nei topi, i cui organi vengono poi esaminati per la presenza dei codici a barre. Utilizzando le stesse tecnologie utilizzate dagli scienziati per sequenziare il genoma, molte nanoparticelle possono essere testate contemporaneamente, ciascuno identificato dal suo codice a barre DNA univoco.

I ricercatori sono interessati non solo a quali nanoparticelle forniscono le terapie in modo più efficace, ma anche che può consegnarli selettivamente a organi specifici. Terapie mirate ai tumori, Per esempio, deve essere somministrato solo al tumore e non ai tessuti circostanti. Allo stesso modo, le terapie per le malattie cardiache dovrebbero accumularsi selettivamente nel cuore.

Mentre gran parte dello studio è stato dedicato alla dimostrazione di strategie di controllo, i ricercatori hanno testato come sono state distribuite 30 particelle diverse in otto diversi tessuti di un modello animale. Questa nanoparticella mirata alla "mappa termica" ha mostrato che alcune particelle non sono state affatto assorbite, mentre altri sono entrati in più organi. Il test includeva nanoparticelle precedentemente dimostrate per la selettività che entrano nei polmoni e nel fegato, ei risultati della nuova tecnica erano coerenti con ciò che era già noto su quelle nanoparticelle.

Le sequenze del codice a barre del DNA a filamento singolo hanno all'incirca le stesse dimensioni degli oligonucleotidi antisenso, microRNA e siRNA in fase di sviluppo per possibili usi terapeutici. Altre terapie basate sui geni sono più grandi, e sarebbero necessarie ulteriori ricerche per determinare se la tecnica può essere utilizzata con loro. Nella ricerca riportata questa settimana, le nanoparticelle non sono state utilizzate per fornire terapie attive, anche se questo sarebbe un prossimo passo a breve termine.

"Nel lavoro futuro, speriamo di fare mille particelle e invece di valutarle tre alla volta, speriamo di testarne alcune centinaia contemporaneamente, " Ha detto Dahlman. "Le nanoparticelle possono essere molto complicate perché per ogni biomateriale disponibile, potresti produrre diverse centinaia di nanoparticelle di diverse dimensioni e con l'aggiunta di diversi componenti".

Una volta identificate le nanoparticelle promettenti con lo screening, sarebbero sottoposti a ulteriori test per verificare la loro capacità di fornire terapie. Oltre ad accelerare lo screening, la nuova tecnica potrebbe richiedere meno animali, forse non più di tre per ogni serie di nanoparticelle testate.

Ci sono alcuni avvertimenti con la tecnica. Per evitare la possibilità di fusione di nanoparticelle, possono essere testate solo strutture stabili in ambienti acquosi. Possono essere esaminate solo le nanoparticelle non tossiche, e i ricercatori devono controllare la potenziale infiammazione generata dal DNA inserito.

Nel laboratorio di Langer e Anderson, Dahlman ha lavorato con Kevin Kauffman, chi resta al MIT, ed Eric Wang, ora assistente professore all'Università della Florida. Altri coautori del documento includevano Yiping Xing, Taylor Shaw, Faryal Mir e Chloe Dlott, che sono tutti al MIT.

"Le terapie con acidi nucleici sono molto promettenti per il trattamento di una serie di malattie gravi, ", ha detto Dahlman. "Speriamo che questa tecnica venga ampiamente utilizzata sul campo, e che alla fine porterà più chiarezza su come questi farmaci influenzano le cellule e su come possiamo portarli nelle giuste posizioni nel corpo".