I ricercatori dell'Università di Aarhus hanno trovato un modo per creare nanostrutture più stabili in grado di legare e assemblare biomolecole con diverse funzioni, che in combinazione, ad esempio, possono fornire una medicina del cancro più efficace. L'illustrazione è tratta dall'articolo scientifico di Angewandte Chemie Int. Ed., che mostra schematicamente la nanostruttura utilizzata con le catene del building block artificiale, l'acido nucleico aciclico L-treoninolo (aTNA). Credito:Angew. Int.chimica Ed.
Per millenni, il DNA ha svolto un ruolo centrale nella memorizzazione delle informazioni genetiche di ogni cellula ed è costituito da filamenti con una sequenza specifica di quattro diversi elementi costitutivi. Questi filamenti di DNA vengono copiati dalla cellula ad ogni divisione cellulare in un modo estremamente ben orchestrato, ma sorprendentemente, questo sofisticato macchinario è governato da regole molto semplici.
Negli ultimi anni, è stato scoperto che utilizza queste semplici regole non solo nel contesto dell'ingegneria genetica, ma anche per costruire utili nanostrutture di DNA progettando filamenti di DNA. È stato dimostrato che queste nanostrutture di DNA hanno una serie di utili funzioni biomediche come essere in grado di trasportare i farmaci antitumorali nei punti esatti del corpo dove sono necessari. Ciò può aumentare l'effetto del farmaco e fornire meno effetti collaterali rispetto al trattamento convenzionale del cancro.
Le nanostrutture del DNA sono anche sempre più utilizzate come strumento per legare e assemblare biomolecole, in strutture multifunzionali. Una di queste nanostrutture di DNA utilizzate forma una struttura ramificata con quattro estremità, chiamate giunzioni a 4 vie (4WJ), anch'esse presenti naturalmente.
Con versioni appositamente progettate di queste strutture 4WJ, ad esempio, la Harvard Medical School di Boston è riuscita a legare e raccogliere vari anticorpi, che in combinazione hanno assicurato che i linfociti T attaccassero più intensamente le cellule tumorali aggressive e quindi uccidessero i tumori.
Nanostrutture di DNA migliorate con elementi costitutivi artificiali
I ricercatori che fanno parte del Centro per la progettazione di farmaci biomolecolari multifunzionali (CEMBID) dell'Università di Aarhus stanno anche lavorando alla ricerca di nuovi modi per collegare diversi farmaci per ottenere meccanismi d'azione sempre più efficaci. Il gruppo di ricerca, guidato dal professor Kurt Gothelf, ha appena pubblicato un articolo sulla rivista Angewandte Chemie Int. Ed. con risultati che coinvolgono le suddette strutture 4WJ, ma in una versione migliorata. Il lavoro è stato svolto in collaborazione con i gruppi di Jørgen Kjems e Ken Howard che fanno anche parte del CEMBID.
Certo, queste nanostrutture del DNA (4WJ) sono intelligenti, ma c'è lo svantaggio delle strutture del DNA che il DNA è di fatto un polimero biodegradabile. Ciò significa che le strutture vengono scomposte nel sangue più velocemente di quanto desiderato. Inoltre, le strutture possono essere così grandi da attivare esse stesse il sistema immunitario. Affinché le strutture possano essere utilizzate per la diagnostica o in medicina, è fondamentale che le strutture siano molto stabili, non tossiche e non scatenino di per sé una reazione immunitaria nel paziente.
Anders Märcher, un post-dottorato nel gruppo di ricerca di Kurt Gothelf e parte del CEMBID, ha ora trovato, insieme ai suoi colleghi di ricerca, un modo per aumentare la stabilità di queste nanostrutture. Hanno raggiunto questo obiettivo utilizzando piccole catene, chiamate oligonucleotidi, di mattoni artificiali e modificati per formare la nanostruttura. Gli oligonucleotidi artificiali, Märcher et al. l'uso è chiamato acido nucleico L-treoninolo aciclico (aTNA) e funziona allo stesso modo e proprio come i mattoni naturali del DNA. Qui, la molecola di zucchero (desossiribosio) nei mattoni naturali viene sostituita con una molecola di zucchero artificiale (L-treoninolo aciclico), che rafforza la struttura complessiva.
I risultati positivi hanno mostrato che le strutture 4WJ con l'elemento costitutivo artificiale, aTNA, sono molto stabili, non si degradano nel sangue, hanno dimostrato di non essere tossiche per le cellule e non suscitano una risposta immunitaria non specifica. Quando i ricercatori hanno accoppiato un particolare tipo di biomolecola, che è noto per legarsi a un biomarcatore nelle cellule di cancro al seno ad alta specificità, alla nuova struttura 4WJ, si è scoperto che la struttura 4WJ potrebbe rivelarsi efficace nel dirigere i farmaci antitumorali verso le cellule desiderate . Inoltre, apportando ulteriori modifiche alla nuova struttura 4WJ, potrebbero prolungarne la durata nel flusso sanguigno e quindi anche l'effetto del farmaco che potrebbe essere accoppiato alla nanostruttura del DNA.
I ricercatori immaginano che la loro struttura 4WJ costruita con blocchi artificiali possa essere utilizzata come strumento per trasportare i farmaci nella giusta posizione nel corpo di un paziente. Inoltre, vedono che può servire come uno strumento prezioso nella ricerca. Ad esempio, i ricercatori immaginano che gli effetti di diverse combinazioni di biomolecole che degradano il cancro possano essere esaminati in modo più rapido ed efficiente, in modo che il trattamento del cancro più efficace possa essere trovato più rapidamente. + Esplora ulteriormente
