Al fine di fornire particelle di farmaco nel posto giusto nel corpo, un campo noto come nanomedicina, la selettività gioca un ruolo importante. Dopotutto, il farmaco deve solo attaccarsi alle cellule che ne hanno bisogno. Una teoria del 2011 prevede che la selettività non sia basata solo sul tipo di recettore, ma anche dal numero e dalla forza dei recettori sulla cellula. I ricercatori della Eindhoven University of Technology lo stanno ora dimostrando sperimentalmente. Hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista PNAS .

Le cellule interagiscono tra loro attraverso recettori e ligandi. Si incastrano l'uno sull'altro come una chiave in una serratura; un ligando di una cellula si adatta solo al recettore bersaglio appropriato dell'altra cellula. Il campo della nanomedicina ne fa uso imitando i ligandi che si adattano ai recettori della cellula malata che ha bisogno del farmaco.

Nel 2011, Daan Frenkel e il suo gruppo a Cambridge hanno usato un modello teorico per prevedere che non solo il tipo di ligandi e recettori giocano un ruolo importante, ma anche il numero e la forza. Ciò significa che anche ligandi deboli possono legarsi, finché ci sono abbastanza recettori presenti sulla superficie della cellula bersaglio. Ricercatori Max Scheepers, Leo van IJzendoorn, e Menno Prins, tutti parte dell'Istituto per i sistemi molecolari complessi, hanno ora dimostrato per la prima volta questa teoria sperimentalmente con le particelle.

Molti legami deboli diventano forti

Van IJzendoorn:"Confrontalo con il velcro. Se un gancio è fissato, la striscia non si attacca immediatamente. Solo quando vengono fissati più ganci il legame diventa abbastanza forte. Questo è anche il modo in cui funziona nel corpo umano; il debole legame di un ligando su un recettore diventa enormemente forte quanto più ce ne sono."

E questa è una caratteristica utile per la nanomedicina. Le cellule malate non hanno sempre recettori diversi dalle cellule sane, ma spesso hanno più recettori sulle pareti cellulari. Sviluppando il farmaco in modo tale che si attacchi solo alle cellule con molti recettori, è ancora possibile distinguere tra cellule malate e sane. Ciò consente di inviare le particelle di farmaco in modo più preciso alle cellule malate del corpo.

DNA a filamento singolo come recettore e ligando

"Abbiamo ora dimostrato sperimentalmente con le particelle che molti ligandi deboli danno un'elevata selettività:le particelle si legano solo se sono presenti esattamente abbastanza recettori. Questo crea un valore di soglia, " spiega van IJzendoorn. I ricercatori hanno condotto un esperimento vincolante per questo scopo, progettare particelle con DNA recettore o DNA ligando sulla sua superficie.

Un campo magnetico prima ha tirato le particelle l'una verso l'altra, e dopo un po' di tempo, li ha rilasciati. Van IJzendoorn:"Questo ci ha permesso di misurare otticamente quante particelle avevano sviluppato un forte legame molecolare tra loro".

Variando il numero di molecole di DNA e la forza del legame ligando-recettore, non solo i ricercatori sono stati in grado di vedere quanti legami erano necessari affinché le particelle rimanessero legate, ma anche per osservare l'emergere del valore di soglia.

Nanomedicina e biosensori

Van IJzendoorn dice, "Questi risultati costituiscono un nuovo punto di riferimento per la comprensione e l'applicazione della selettività nelle applicazioni biomediche. Il lavoro fornisce una base fondamentale per la progettazione di processi di legame in nanomedicina. Inoltre, è importante per lo sviluppo di biosensori nanotecnologici, perché le particelle sono utilizzate anche in questi sistemi per stabilire legami selettivi."

Questa ricerca è stata pubblicata il 24 agosto sulla rivista PNAS , intitolato "Le interazioni deboli multivalenti migliorano la selettività del legame interparticellare". La ricerca è stata condotta presso la Eindhoven University of Technology, presso i dipartimenti di Fisica Applicata e Ingegneria Biomedica e l'Istituto per i Sistemi Molecolari Complessi.