Molti scienziati stanno cercando modi per curare le malattie fornendo DNA o RNA in grado di attivare o disattivare un gene. Però, uno dei principali ostacoli al progresso in questo campo è stato trovare modi per fornire in modo sicuro quel materiale genetico alle cellule corrette.

L'incapsulamento di filamenti di RNA o DNA in minuscole particelle è un approccio promettente. Per contribuire ad accelerare lo sviluppo di tali veicoli per la somministrazione di farmaci, un team di ricercatori del MIT, Georgia Tech, e l'Università della Florida ha ora escogitato un modo per testare rapidamente diverse nanoparticelle per vedere dove vanno nel corpo.

"La somministrazione di farmaci è un ostacolo davvero notevole che deve essere superato, "dice James Dahlman, un ex studente laureato del MIT che ora è assistente professore alla Georgia Tech e autore principale dello studio. "Indipendentemente dai loro meccanismi biologici di azione, tutte le terapie genetiche necessitano di una somministrazione sicura e specifica del farmaco al tessuto che si desidera colpire".

Questo approccio, descritto nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze la settimana del 6 febbraio, potrebbe aiutare gli scienziati a indirizzare le terapie genetiche a posizioni precise nel corpo.

"Potrebbe essere usato per identificare una nanoparticella che va in un certo luogo, e con queste informazioni potremmo quindi sviluppare la nanoparticella con un carico utile specifico in mente, "dice Daniel Anderson, professore associato presso il Dipartimento di ingegneria chimica del MIT e membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research e Institute for Medical Engineering and Science (IMES) del MIT.

Gli autori senior del documento sono Anderson; Robert Langer, il David H. Koch Institute Professor al MIT e membro del Koch Institute; ed Eric Wang, professore all'Università della Florida. Altri autori sono lo studente laureato Kevin Kauffman, i neolaureati del MIT Yiping Xing e Chloe Dlott, Lo studente del MIT Taylor Shaw, e l'assistente tecnico del Koch Institute Faryal Mir.

Mirare alla malattia

Trovare un modo affidabile per fornire il DNA alle cellule bersaglio potrebbe aiutare gli scienziati a realizzare il potenziale della terapia genica, un metodo per trattare malattie come la fibrosi cistica o l'emofilia fornendo nuovi geni che sostituiscono le versioni mancanti o difettose. Un altro approccio promettente per nuove terapie è l'interferenza dell'RNA, che può essere utilizzato per disattivare i geni iperattivi bloccandoli con brevi filamenti di RNA noti come siRNA.

Fornire questi tipi di materiale genetico nelle cellule del corpo si è dimostrato difficile, però, perché il corpo ha evoluto molti meccanismi di difesa contro materiale genetico estraneo come i virus.

Per aiutare a eludere queste difese, Il laboratorio di Anderson ha sviluppato nanoparticelle, compresi molti costituiti da molecole di grasso chiamate lipidi, che proteggono il materiale genetico e lo portano a una destinazione particolare. Molte di queste particelle tendono ad accumularsi nel fegato, in parte perché il fegato è responsabile del filtraggio del sangue, ma è stato più difficile trovare particelle che prendono di mira altri organi.

"Siamo diventati bravi a fornire nanoparticelle in alcuni tessuti ma non in tutti, " Dice Anderson. "Inoltre, non abbiamo ancora capito in che modo la chimica delle particelle influenzi il targeting verso destinazioni diverse".

Per identificare i candidati promettenti, Il laboratorio di Anderson genera librerie di migliaia di particelle, variando caratteristiche come la loro dimensione e composizione chimica. I ricercatori quindi testano le particelle posizionandole su un particolare tipo di cellula, cresciuto in un piatto da laboratorio, per vedere se le particelle possono entrare nelle cellule. I migliori candidati vengono quindi testati sugli animali. Però, questo è un processo lento e limita il numero di particelle che possono essere provate.

"Il problema che abbiamo è che possiamo produrre molte più nanoparticelle di quelle che possiamo testare, "dice Anderson.

Per superare quell'ostacolo, i ricercatori hanno deciso di aggiungere "codici a barre, " costituito da una sequenza di DNA di circa 60 nucleotidi, ad ogni tipo di particella. Dopo aver iniettato le particelle in un animale, i ricercatori possono recuperare i codici a barre del DNA da diversi tessuti e quindi sequenziare i codici a barre per vedere quali particelle sono finite dove.

"Ciò che ci permette di fare è testare molte nanoparticelle diverse contemporaneamente all'interno di un singolo animale, "dice Dahlman.

Particelle di tracciamento

I ricercatori hanno prima testato particelle che in precedenza avevano dimostrato di colpire i polmoni e il fegato, e ha confermato che sono andati dove previsto.

Quindi, i ricercatori hanno esaminato 30 diverse nanoparticelle lipidiche che variavano in un tratto chiave:la struttura di un componente noto come glicole polietilenico (PEG), un polimero spesso aggiunto ai farmaci per aumentarne la longevità nel flusso sanguigno. Le nanoparticelle lipidiche possono anche variare nelle loro dimensioni e in altri aspetti della loro composizione chimica.

Ciascuna delle particelle è stata anche etichettata con uno dei 30 codici a barre del DNA. Sequenziando codici a barre che sono finiti in diverse parti del corpo, i ricercatori sono stati in grado di identificare le particelle che hanno preso di mira il cuore, cervello, utero, muscolo, rene, e pancreas, oltre a fegato e polmone. Negli studi futuri, hanno in programma di indagare su ciò che fa azzerare particelle diverse su tessuti diversi.

I ricercatori hanno anche eseguito ulteriori test su una delle particelle, che colpisce il fegato, e ha scoperto che potrebbe fornire con successo siRNA che disattiva il gene per un fattore di coagulazione del sangue.

Victor Koteliansky, direttore dello Skoltech Center for Functional Genomics, ha descritto la tecnica come un modo "innovativo" per accelerare il processo di identificazione di nanoparticelle promettenti per fornire RNA e DNA.

"Trovare una buona particella è un evento molto raro, quindi è necessario schermare molte particelle. Questo approccio è più veloce e può darti una comprensione più profonda di dove andranno le particelle nel corpo, "dice Koteliansky, che non è stato coinvolto nella ricerca.

Questo tipo di schermo potrebbe essere utilizzato anche per testare altri tipi di nanoparticelle come quelle prodotte dai polimeri. "Speriamo davvero che altri laboratori in tutto il paese e in tutto il mondo provino il nostro sistema per vedere se funziona per loro, "dice Dahlman.

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.