Sono vent'anni che gli scienziati creano nanoparticelle a partire da filamenti di DNA, manipolando i legami che mantengono la forma a doppia elica del DNA per scolpire strutture autoassemblanti che un giorno potrebbero avere applicazioni mediche sbalorditive.
Lo studio delle nanoparticelle di DNA, tuttavia, si è concentrato soprattutto sulla loro architettura, trasformando il codice genetico della vita in componenti per fabbricare minuscoli robot. Una coppia di ricercatori della Iowa State University nel dipartimento di genetica, sviluppo e biologia cellulare, il professor Eric Henderson e il neolaureato Chang-Yong Oh, sperano di cambiare la situazione mostrando che materiali su scala nanometrica costituiti da DNA possono trasmettere le loro istruzioni genetiche integrate.
"Finora, la maggior parte delle persone ha esplorato le nanoparticelle di DNA da una prospettiva ingegneristica. Poca attenzione è stata prestata alle informazioni contenute in quei filamenti di DNA", ha detto Oh.
In un recente articolo pubblicato sulla rivista Scientific Reports , Henderson e Oh hanno descritto come hanno costruito nanoparticelle di DNA in grado di esprimere il codice genetico. La capacità di contenere geni aumenta il potenziale della nanotecnologia del DNA.
"Queste strutture potrebbero essere sia il vettore che la medicina", ha detto Henderson.
Henderson e Oh hanno affermato di essere tra i primi gruppi di ricerca al mondo a creare una nanoparticella di DNA che ne esprima il codice genetico. La Iowa State University Research Foundation ha depositato una domanda di brevetto connessa alla ricerca nel 2023.
Henderson arrivò nello stato dell'Iowa nel 1987 ma, per 14 anni, divise il suo tempo costruendo una startup chiamata BioForce Nanosciences. Dopo essere tornato a tempo pieno nello stato dell'Iowa nel 2008, ha iniziato a lavorare sugli origami di DNA, un metodo di recente sviluppo per creare nanostrutture complesse autoassemblanti da lunghi filamenti singoli di DNA.
Henderson e un'ex studentessa laureata, Divita Mathur, ora assistente professore alla Case Western University, hanno progettato un biosensore nanomacchina in grado di rilevare agenti patogeni.
Quel lavoro ha lasciato un pensiero persistente:che dire dei geni trasportati da queste strutture? Potrebbe l'origami del DNA esprimere l'informazione genetica integrata in sé?
Il primo passo è stato capire come creare origami di DNA con singoli filamenti dotati di sequenze genetiche specifiche, in contrapposizione ai filamenti tradizionalmente utilizzati per creare nanoparticelle.
Ci sono voluti un paio d'anni. Il passo successivo è stato determinare se la RNA polimerasi, un enzima che produce molecole di RNA a partire da codici di DNA, potesse navigare nelle ampie pieghe degli origami di DNA, ha detto Henderson. Una preoccupazione particolare era se la polimerasi sarebbe stata bloccata dai crossover, le giunzioni in cui lunghi filamenti di DNA sono collegati da brevi frammenti di DNA chiamati graffette.
"Si scopre che non lo sono, il che è controintuitivo", ha detto Henderson.
Sebbene i crossover e l'architettura complessa non interrompano il processo di trascrizione di produzione dell'RNA, la progettazione di una nanostruttura di DNA influisce sull'efficienza della trascrizione. Le strutture dense producono meno RNA, il che implica che la progettazione delle nanoparticelle potrebbe essere messa a punto per inibire o promuovere le funzioni previste, ha detto Oh.
"Potremmo creare un sistema di somministrazione efficiente e mirato che abbia potenzialità in molti campi, inclusa la terapia contro il cancro", ha affermato.
Il potenziale di precisione è parte di ciò che rende le nanoparticelle di DNA una possibilità entusiasmante, ha affermato Henderson.
"L'editing genetico è incredibilmente potente, ma una delle parti più difficili dell'editing genetico è modificare solo i geni che si desidera modificare. Quindi questo è il sogno, perfezionare queste nanoparticelle per colpire determinate cellule e tessuti", ha detto.
Tuttavia, le nanoparticelle di DNA presentano altri importanti vantaggi. Sono facili da realizzare, economici e durevoli. Far sì che le nanoparticelle si autoassemblano è semplice come riscaldare una miscela e lasciarla raffreddare, senza bisogno di attrezzature speciali, ha detto Oh.
Grazie in parte all’ubiquità della ricerca sul DNA, filamenti e graffette sono poco costosi da produrre. Nonostante li utilizzino quotidianamente, Henderson e Oh stanno ancora cercando di procurarsi un pacchetto di punti metallici acquistato da un produttore di Coralville diversi anni fa per poche centinaia di dollari.
E i componenti, che possono essere conservati sotto forma di polvere, hanno una lunga durata, anche nelle condizioni più difficili, ha affermato Henderson. È una tecnologia che potrebbe diffondersi facilmente.
"Il DNA è molto stabile. È stato recuperato da campioni risalenti a più di 1 milione di anni fa", ha affermato.
Ulteriori informazioni: Chang Yong Oh et al, Trascrizione in vitro di nanoparticelle di DNA autoassemblanti, Rapporti scientifici (2023). DOI:10.1038/s41598-023-39777-0
Fornito da Iowa State University
