Gli scienziati dell'UCLA hanno sviluppato un nuovo metodo che utilizza strutture microscopiche simili a schegge chiamate "nanolance" per la consegna mirata di biomolecole come i geni direttamente alle cellule dei pazienti. Queste nanostrutture guidate magneticamente potrebbero consentire terapie geniche più sicure, più veloce ed economico.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista ACS Nano dell'autore senior Paul Weiss, Presidente della UC e illustre professore di chimica e biochimica, Scienze dei materiali e Ingegneria, e membro dell'Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research presso l'UCLA.

Terapia genetica, il processo di aggiunta o sostituzione di geni mancanti o difettosi nelle cellule dei pazienti, ha mostrato grandi promesse come trattamento per una serie di malattie, compresa l'emofilia, distrofia muscolare, immunodeficienze e alcuni tipi di cancro.

Gli attuali approcci alla terapia genica si basano su virus modificati, campi elettrici esterni o sostanze chimiche aggressive per penetrare nelle membrane cellulari e fornire geni direttamente alle cellule dei pazienti. Ciascuno di questi metodi ha i suoi difetti; possono essere costosi, inefficiente o causare stress e tossicità indesiderati alle cellule.

Per superare queste barriere, Weiss e il dottor Steven Jonas, un borsista clinico nel programma di formazione del Centro di ricerca sulle cellule staminali larghe dell'UCLA, ha guidato un gruppo di ricerca che ha progettato nanolance composte da silicio, nichel e oro. Queste nanolance sono biodegradabili, può essere prodotto in serie in modo economico ed efficiente, e, a causa della loro dimensione infinitesimale, le loro punte sono circa 5, 000 volte più piccoli del diametro di una ciocca di capelli umani:possono fornire informazioni genetiche con un impatto minimo sulla vitalità cellulare e sul metabolismo.

Jonas ha confrontato il metodo di consegna di biomolecole all'avanguardia con i metodi di consegna del mondo reale che appaiono all'orizzonte.

"Proprio come abbiamo sentito che Amazon vuole consegnare i pacchi direttamente a casa tua con i droni, stiamo lavorando su un equivalente su scala nanometrica di quello per consegnare importanti pacchetti sanitari direttamente alle tue cellule, "ha spiegato Jonas, che si sta formando nella divisione di ematologia/oncologia pediatrica presso l'UCLA Mattel Children's Hospital. Nel futuro prossimo, Jonas spera di applicare le nanotecnologie per distribuire rapidamente e ampiamente le terapie cellulari e geniche ai pazienti oncologici pediatrici che cura.

La costruzione delle nanolance è stata ispirata dal lavoro dei loro collaboratori, Hsian-Rong Tseng, professore di farmacologia molecolare e medica, e Xiaobin Xu, un borsista post-dottorato nel gruppo di ricerca interdisciplinare di Weiss. Tseng e Xu sono entrambi coautori dello studio.

"Sulla base del lavoro di nanoproduzione di Xiaobin, sapevamo come realizzare nanostrutture di forme diverse in numero enorme utilizzando semplici strategie di fabbricazione, " disse Weiss, che è anche membro del California NanoSystems Institute. "Una volta che l'abbiamo avuto in mano, ci siamo resi conto che potevamo creare strutture precise che sarebbero state utili nelle terapie geniche".

Weiss e Jonas non sono i primi a concepire l'utilizzo di nanostrutture guidate o "nanomotori" robotici per migliorare le terapie geniche, tuttavia i metodi esistenti hanno una precisione limitata e richiedono sostanze chimiche potenzialmente tossiche per spingere le strutture verso i loro obiettivi.

Rivestendo le loro nanolance con nichel, Weiss e Jonas hanno eliminato la necessità di propellenti chimici. Un magnete può essere tenuto vicino a un piatto da laboratorio contenente cellule per manipolare la direzione, posizione e rotazione di una o più nanolance. Nel futuro, Weiss e Jonas immaginano che un campo magnetico potrebbe essere applicato all'esterno del corpo umano per guidare le nanolance a distanza all'interno del corpo per curare le malattie genetiche.

Weiss e Jonas hanno testato le loro nanolance come veicoli per un gene che induce le cellule a produrre una proteina fluorescente verde. Circa l'80% delle cellule bersaglio ha mostrato un bagliore verde brillante, e il 90 percento di quelle cellule è sopravvissuto. Entrambi i numeri rappresentano un netto miglioramento rispetto alle strategie di consegna esistenti.

Proprio come la terapia genica, molte forme di immunoterapia, un processo in cui le cellule immunitarie specifiche del paziente sono geneticamente modificate per riconoscere e attaccare le cellule tumorali, si basano su metodi di elaborazione costosi o dispendiosi in termini di tempo.

"La più grande barriera in questo momento per ottenere una terapia genica o un'immunoterapia ai pazienti è il tempo di elaborazione, " ha detto Jonas. "Nuovi metodi per generare queste terapie più rapidamente, in modo efficace e sicuro accelereranno l'innovazione in quest'area di ricerca e porteranno queste terapie ai pazienti prima, e questo è l'obiettivo che abbiamo tutti".

Weiss e Jonas hanno collaborato con i ricercatori dell'UCLA per ottimizzare la fornitura di strategie di terapia genica che sono state a lungo in lavorazione.

"Una delle cose sorprendenti del lavorare all'UCLA è che per ciascuna delle malattie mirate, collaboriamo con clinici leader che hanno già terapie geniche in sviluppo, "Ha detto Weiss. "Hanno il carico di modifica genetica, cellule modello, modelli animali e cellule pazienti in atto in modo da essere in grado di ottimizzare i nostri nanosistemi su metodi che sono sulla strada per la clinica".