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I progressi nella nanotecnologia hanno reso possibile la fabbricazione di strutture dal DNA per l'uso in applicazioni biomediche come la consegna di farmaci o la creazione di vaccini, ma una nuova ricerca sui topi indaga sulla sicurezza della tecnologia.
Usando una tecnica chiamata DNA Origami (DO), un processo che prevede la piegatura di filamenti complementari di DNA in doppie eliche più e più volte, gli scienziati possono costruire una varietà di minuscoli dispositivi con forme complesse che potrebbero essere iniettati nel corpo per somministrare medicinali o eseguire altri compiti. Ma poiché questa tecnologia è ancora relativamente nuova, gli scienziati sono divisi sul fatto che le nanostrutture possano causare risposte immunitarie pericolose o essere tossiche in altri modi nei sistemi animali.
Ora, un team di ricercatori della Ohio State University ha fatto un primo passo verso la risposta a questa domanda. Lo studio, pubblicato sulla rivista Small , ha scoperto che mentre quantità elevate di questi dispositivi a DNA possono causare una leggera risposta immunitaria, non è sufficientemente marcata per essere pericolosa. I loro risultati suggeriscono anche che forme diverse possono essere più favorevoli a diverse applicazioni terapeutiche.
"Il DNA è incredibile in termini di costruzione e di come può essere manipolato e progettato per formare nano-robot in modo molto coordinato", ha affermato Christopher Lucas, autore principale dello studio e ricercatore in ingegneria meccanica e aerospaziale presso l'Ohio State . "Riteniamo che questa tecnologia, che ha un potenziale incredibile, possa essere utilizzata per diagnosticare, curare e prevenire le malattie".
Per verificare se ciò può essere fatto in sicurezza, il team di Lucas ha utilizzato i topi per confrontare la biodistribuzione e la tossicità di due distinte nanostrutture:un triangolo 2D piatto a strato singolo chiamato "Tri" e una struttura 3D a forma di bastoncino a cui è stato dato il soprannome " Cavallo." Per un periodo di 10 giorni, a circa 60 topi femmine sono state continuamente somministrate iniezioni IV di entrambe le strutture DO. Ma per testare davvero la sicurezza, i ricercatori hanno ripetutamente dosato i topi a una concentrazione 10 volte maggiore rispetto agli studi precedenti.
I ricercatori hanno visto che Tri e Horse hanno creato risposte infiammatorie dipendenti dalla forma, ma poiché la risposta è diminuita nel tempo, hanno dimostrato che la reazione immunitaria era relativamente innocua a lungo termine. "Era una risposta immunitaria modesta, ma non era tossica per gli animali", ha detto Lucas. "Capire che era davvero fondamentale mentre ci muoviamo verso lo sviluppo preclinico e prepariamo la tecnologia per le applicazioni di somministrazione dei farmaci".
Al termine dell'esperimento, il team ha anche raccolto e ripreso tutti i principali organi, sangue e urina dei topi per tracciare la distribuzione finale del dispositivo in tutto il corpo. I risultati hanno mostrato che entrambi i tipi di nanostrutture sono stati interiorizzati da una varietà di cellule immunitarie, ma la quantità di DO ancora rimasta differiva a causa delle loro concentrazioni originali e per quanto tempo hanno permeato il corpo. Poiché sono biocompatibili, anche le nanostrutture puliscono il corpo in tempi relativamente brevi, ha detto Lucas. E questa è una buona cosa, soprattutto se gli scienziati vogliono assicurarsi che questi dispositivi possano essere usati per colpire solo le cellule malate.
Ma è difficile prevedere le sfide che altri tipi di nanostrutture potrebbero incontrare all'interno di un corpo umano o animale.
"Una volta inserite le cose in un sistema biologico, c'è così tanta variabilità di cui tenere conto", ha affermato il coautore dello studio Carlos Castro, professore di ingegneria meccanica e aerospaziale.
Per quanto riguarda il futuro, dal momento che hanno dimostrato che la tecnologia non è tossica per i topi, il team vuole iniziare a caricare i dispositivi con farmaci chemioterapici e iniziare a imparare come utilizzare i dispositivi per colpire efficacemente le cellule tumorali negli animali. "Stiamo solo grattando la superficie", ha detto Castro. "Stiamo rivelando una serie completamente nuova di domande interessanti che possiamo approfondire". + Esplora ulteriormente
