Per quasi 40 anni, i produttori di farmaci hanno utilizzato cellule geneticamente modificate come minuscole fabbriche di farmaci. Tali cellule possono essere programmate per secernere composti che producono farmaci usati per curare il cancro e condizioni autoimmuni come l'artrite.

Gli sforzi per sviluppare e produrre nuovi trattamenti biologici possono trarre vantaggio da una nuova tecnologia per selezionare rapidamente singole cellule vive in una configurazione di laboratorio standard. Con contenitori di idrogel microscopici a forma di ciotola chiamati "nanoviali", un team di ricerca guidato dall'UCLA ha recentemente dimostrato la capacità di selezionare le cellule in base al tipo che sono e quali composti, e quanto di questi composti, secernono. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista ACS Nano .

La tecnologia potrebbe anche far progredire la ricerca biologica di base.

"Con questa tecnologia, la comunità scientifica può scoprire nuove intuizioni sui processi biologici chiave che rappresentano un'enorme frazione dei nostri geni codificanti le proteine", ha affermato Dino Di Carlo, autore corrispondente dello studio e professore di ingegneria e medicina Armond ed Elena Hairapetian presso la Scuola di Ingegneria dell'UCLA Samueli. "Penso alla singola cellula come al limite quantico della biologia. La nanovial è l'evoluzione della capsula di Petri fino al limite fondamentale di una cellula."

Di Carlo, che è anche membro del California NanoSystems Institute presso l'UCLA e del Jonsson Comprehensive Cancer Center dell'UCLA, ha affermato che l'uso di nanofiale aiuta gli scienziati a superare i limiti di altri strumenti per misurare le secrezioni cellulari.

La tecnica più comune utilizza una griglia di minuscoli contenitori di plastica chiamata piastra per micropozzetti, ma quell'approccio manca della capacità della nanofiala di ordinare singole cellule e l'attuale tecnologia in genere richiede settimane affinché crescano abbastanza cellule da poter rilevare le secrezioni. L'altra alternativa è uno strumento multimilionario, trovato solo in poche dozzine di laboratori in tutto il mondo, che misura le secrezioni di circa 10.000 cellule per esperimento e può ordinare le cellule vive.

Rispetto a tale strumento, le nanovial possono essere utilizzate per eseguire screening molto più grandi, in milioni di cellule, a una piccola frazione del costo relativo, a meno di un centesimo per cellula, contro $ 1 o più per cellula utilizzando lo standard attuale.

Le nanofiale sono così piccole che ne servirebbero 20 milioni per riempire un cucchiaino. Sono personalizzati per catturare tipi specifici di cellule e possono essere aumentati con molecole che si attaccano alle secrezioni di una cellula e si illuminano sotto la luce colorata. Poiché le nanofiale sono costituite da un idrogel, un polimero che contiene quasi 20 volte la sua massa in acqua, forniscono un ambiente umido relativamente simile alle case naturali delle cellule.

Nello studio, i ricercatori hanno esaminato le cellule che erano state progettate per secernere un particolare farmaco anticorpale. Utilizzando nanofiale e un comune dispositivo analitico chiamato citometro a flusso, hanno selezionato le cellule che secernevano la maggior parte di quell'anticorpo, quindi hanno fatto crescere quelle cellule in colonie che hanno prodotto oltre il 25% in più del farmaco rispetto alle colonie che non erano state selezionate in modo speciale.

La capacità di produrre farmaci anticorpali con tale maggiore efficienza potrebbe ridurre i costi di produzione dei farmaci di una percentuale simile, ha affermato Di Carlo.

Gli scienziati hanno anche dimostrato di poter individuare rare cellule che secernono anticorpi che si legano specificamente a una molecola bersaglio e di identificare le informazioni sulla sequenza del DNA dell'anticorpo secreto. Quell'esperimento, una parte fondamentale della scoperta di nuovi farmaci anticorpali, durò un giorno; i metodi tradizionali richiederebbero settimane.

I ricercatori stanno attualmente utilizzando nanofiale per studiare le cellule immunitarie chiamate cellule T, che vengono utilizzate nelle terapie cellulari, nonché per esplorare fenomeni biologici poco conosciuti. La tecnologia nanoviale è anche la base per una startup, Partillion Bioscience, che ha sede nel campus dell'UCLA presso l'incubatore Magnify del CNSI.

"Siamo entusiasti di vedere l'impatto che le nanofiale avranno per la ricerca biologica ora che sono disponibili per l'uso da parte di chiunque", ha affermato Joseph de Rutte, co-primo autore del documento, che ha conseguito un dottorato presso l'UCLA nel 2020 ed è co- fondatore e presidente di Partillion.

Robert Dimatteo, che ha conseguito un dottorato all'UCLA nel 2021, è l'altro co-primo autore del giornale. Altri coautori dell'UCLA sono Maani Archange, Sohyung Lee e Kyung Ha, che hanno recentemente conseguito un dottorato; gli attuali dottorandi Mark van Zee, Doyeon Koo, Michael Mellody e Shreya Udani; assistente scienziato del progetto Allison Sharrow; James Eichenbaum, che ha recentemente conseguito una laurea; e i professori Andrea Bertozzi e Robert Damoiseaux. Altri autori provengono dalla Johns Hopkins University e dall'Università di Houston. + Esplora ulteriormente

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