Il nano-'computer' a base di proteine ​​si evolve nella capacità di influenzare il comportamento delle cellule

Il nano-'computer' a base di proteine ​​si evolve nella capacità di influenzare il comportamento delle cellule

Timestamp: 26 maggio 2023 1:13
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26 maggio 2023 (Notizie Nanowerk) I ricercatori della Penn State hanno creato il primo agente di nanoinformatica basato su proteine ​​che funziona come un circuito. Questo traguardo li pone un passo avanti verso lo sviluppo di terapie cellulari di prossima generazione per il trattamento di malattie come il diabete e il cancro. Gli approcci tradizionali della biologia sintetica per le terapie cellulari, come quelle che distruggono le cellule tumorali o incoraggiano la rigenerazione dei tessuti dopo un danno, si basano sull’espressione o sulla soppressione delle proteine ​​che producono l’azione desiderata all’interno di una cellula. Questo approccio può richiedere tempo (perché le proteine ​​siano espresse e degradate) e costare energia cellulare nel processo. Un team di ricercatori del Penn State College of Medicine e dell’Huck Institutes of the Life Sciences sta adottando un approccio diverso. "Stiamo ingegnerizzando proteine ​​che producono direttamente l'azione desiderata", ha affermato Nikolay Dokholyan, professore di G. Thomas Passananti e vicepresidente per la ricerca presso il Dipartimento di Farmacologia. “I nostri dispositivi basati su proteine ​​o agenti di nanoinformatica rispondono direttamente agli stimoli (input) e quindi producono l’azione desiderata (output).” In uno studio pubblicato su Anticipi Scienza ("Un circuito logico proteico combinatorio non commutativo controlla l'orientamento delle cellule nei nanoambienti"), Dokholyan e il dottorando in bioinformatica e genomica Jiaxing Chen descrivono il loro approccio alla creazione del loro agente nano-informatico. Hanno progettato una proteina bersaglio integrando due domini sensoriali, o aree che rispondono agli stimoli. In questo caso, la proteina bersaglio risponde alla luce e a un farmaco chiamato rapamicina modificando il suo orientamento o posizione nello spazio. Per testare il loro progetto, il team ha introdotto la proteina ingegnerizzata nelle cellule vive in coltura. Esponendo le cellule in coltura agli stimoli, hanno utilizzato apparecchiature per misurare i cambiamenti nell'orientamento cellulare dopo che le cellule erano state esposte agli stimoli dei domini sensori. In precedenza, il loro l'agente nano-informatico richiedeva due input per produrre un output. Ora, Chen afferma che ci sono due possibili output e l’output dipende dall’ordine in cui vengono ricevuti gli input. Se viene rilevata prima la rapamicina, seguita dalla luce, la cellula adotterà un angolo di orientamento cellulare, ma se gli stimoli vengono ricevuti in ordine inverso, la cellula adotterà un angolo di orientamento diverso. Chen afferma che questa prova di concetto sperimentale apre la porta allo sviluppo di agenti nano-informatica più complessi. "In teoria, più input si incorporano in un agente di nanoinformatica, maggiori sono i risultati potenziali che potrebbero derivare da diverse combinazioni", ha detto Chen. “I potenziali input potrebbero includere stimoli fisici o chimici e gli output potrebbero includere cambiamenti nei comportamenti cellulari, come la direzione delle cellule, la migrazione, la modifica dell’espressione genica e la citotossicità delle cellule immunitarie contro le cellule tumorali”. Il team intende sviluppare ulteriormente i propri agenti di nanoinformatica e sperimentare diverse applicazioni della tecnologia. Dokholyan, ricercatore del Penn State Cancer Institute e del Penn State Neuroscience Institute, ha affermato che il loro concetto potrebbe un giorno costituire la base delle terapie cellulari di prossima generazione per varie malattie, come le malattie autoimmuni, le infezioni virali, il diabete, le lesioni nervose e il cancro. .

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