Origami del DNA/studio-Immagine: il Professore dell’Illinois Bumsoo Han, a sinistra e il ricercatore post-dottorato Sae Rome Choi sono gli autori di un nuovo studio che esplora l’uso dell’origami del DNA per una migliore visualizzazione del tessuto pancreatico denso, utile per la diagnosi del cancro e il suo potenziale trattamento. Crediti: Fred Zwicky.
L’origami del DNA è una tecnica che sfrutta il ripiegamento delle molecole di DNA per creare strutture tridimensionali a livello nanometrico. La specificità delle interazioni tra le basi del DNA, simile all’arte dell’origami giapponese con la carta, permette di costruire forme complesse con precisione.
Una delle sfide nella lotta contro il cancro al pancreas è trovare il modo di penetrare il tessuto denso dell’organo per definire i margini tra tessuto maligno e tessuto sano. Un nuovo studio utilizza strutture origami di DNA per veicolare selettivamente agenti di imaging fluorescenti alle cellule tumorali del pancreas senza danneggiare le cellule sane.
Lo studio, condotto da Bumsoo Han, Professore di ingegneria e scienze meccaniche presso l’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign, e dal Professor Jong Hyun Choi presso la Purdue University, ha scoperto che strutture di DNA origami appositamente progettate che contengono pacchetti di colorante per immagini possono colpire specificamente le cellule tumorali umane mutanti KRAS, presenti nel 95% dei casi di cancro al pancreas.
“Questa ricerca evidenzia non solo il potenziale per un imaging del cancro più accurato, ma anche la somministrazione selettiva della chemioterapia, un progresso significativo rispetto agli attuali trattamenti per l’adenocarcinoma duttale pancreatico”, ha affermato Han, che è anche affiliato al Cancer Center dell’Illinois. “L’attuale processo di rimozione del tessuto canceroso tramite resezione chirurgica può essere notevolmente migliorato da un imaging più accurato dei margini tumorali“.
I risultati dello studio sono pubblicati sulla rivista Advanced Science.
Il DNA è una lunga molecola a doppio filamento, il che lo rende un candidato ideale per essere ripiegato in impalcature nanometriche che mantengono in posizione le molecole (in questo caso, coloranti fluorescenti per immagini) e per creare nuove strutture molecolari sintetiche.
Il team ha sviluppato modelli di cancro al pancreas utilizzando “tumoroidi” stampati in 3D e sistemi microfluidici che imitano il complesso microambiente tumorale, denominati modelli microfluidici tumore-stroma, per ridurre la dipendenza dai tessuti animali e accelerare la traslazione all’uso clinico sugli esseri umani.
Per testare l’assorbimento delle strutture origami nei tessuti cancerosi, i ricercatori hanno aggiunto le strutture di DNA confezionate con coloranti ai modelli tumorali e ne hanno monitorato il movimento con imaging a fluorescenza. Hanno quindi somministrato le strutture che rilasciano il colorante a topi con tessuto tumorale pancreatico umano per esplorare la distribuzione dei pacchetti origami di DNA in condizioni fisiologicamente più rilevanti.
Il team ha utilizzato molecole origami di DNA a forma di tubo e di tegola di diverse dimensioni. I ricercatori hanno scoperto che le strutture tubolari di circa 70 nanometri di lunghezza e 30 nanometri di diametro, così come quelle di circa 6 nanometri di lunghezza e 30 nanometri di diametro, hanno subito il maggiore assorbimento da parte del tessuto canceroso del pancreas, senza essere assorbite dal tessuto non canceroso circostante. Le molecole tubolari più grandi e le molecole a tegola di tutte le dimensioni non hanno funzionato altrettanto bene.
“Siamo rimasti sorpresi nel vedere quanto drasticamente la variazione di dimensioni e forma dei pacchetti origami di DNA abbia influenzato l’assorbimento da parte delle cellule tumorali rispetto a quelle sane“, ha detto Han. “Pensavo che più piccoli sarebbero stati meglio, in modo da avere un maggiore accumulo, ma sembra che ci sia un punto ideale non solo per le dimensioni, ma anche per la forma”.
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“Il prossimo passo è esplorare l’uso di molecole di DNA piegate a origami, caricate con farmaci chemioterapici, per la somministrazione selettiva alle cellule tumorali senza danneggiare le cellule sane”, ha affermato Han. “Farlo con modelli tumorali ingegnerizzati per ridurre l’uso di animali e accelerare la traduzione nella scoperta di farmaci è un’altra direzione di cui siamo molto orgogliosi”.
Fonte: Advanced Science