L'origami del DNA guida nuove possibilità nella lotta contro il cancro al pancreas
Una delle sfide della lotta al tumore del pancreas è trovare il modo di penetrare nel tessuto denso dell'organo per definire i margini tra tessuto maligno e normale. Un nuovo studio utilizza strutture di origami di DNA per veicolare in modo selettivo agenti di imaging fluorescenti alle cellule tumorali del pancreas senza intaccare le cellule normali.
Il professore dell'Illinois Bumsoo Han, a sinistra, e la ricercatrice post-dottorato Sae Rome Choi sono gli autori di un nuovo studio che esplora l'uso degli origami di DNA per migliorare l'imaging del tessuto pancreatico denso per la rilevazione del cancro e il potenziale trattamento.
Fred Zwicky
Lo studio, guidato dal professore di scienze meccaniche e ingegneria dell'Università dell'Illinois Urbana-Champaign, Bumsoo Han, e dal professore Jong Hyun Choi della Purdue University, ha scoperto che strutture di origami di DNA appositamente progettate che trasportano pacchetti di coloranti di imaging possono colpire in modo specifico le cellule tumorali umane mutanti KRAS, presenti nel 95% dei casi di cancro al pancreas.
"Questa ricerca mette in luce non solo il potenziale di una più accurata diagnostica per immagini del cancro, ma anche la somministrazione selettiva di chemioterapia, un progresso significativo rispetto agli attuali trattamenti dell'adenocarcinoma duttale del pancreas", ha dichiarato Han, che è anche affiliato al Cancer Center dell'Illinois. "L'attuale processo di rimozione del tessuto canceroso attraverso la resezione chirurgica può essere notevolmente migliorato grazie a un imaging più accurato dei margini del tumore".
Il DNA è una lunga molecola a doppio filamento, che lo rende un candidato ideale per essere ripiegato in impalcature su scala nanometrica che trattengono le molecole - in questo caso, i coloranti fluorescenti per l'imaging - e per creare nuove strutture molecolari sintetiche.
Il team ha sviluppato modelli di tumore al pancreas utilizzando "tumoroidi" stampati in 3D e sistemi microfluidici che imitano il complesso microambiente tumorale - chiamati modelli microfluidici tumore-stroma - per ridurre la dipendenza da tessuti animali e accelerare la traduzione all'uso clinico nell'uomo. Per testare l'assorbimento delle strutture origami nei tessuti cancerosi, i ricercatori hanno aggiunto le strutture di DNA con colorante ai modelli tumorali e ne hanno monitorato il movimento con immagini a fluorescenza. Hanno poi somministrato le strutture che rilasciano il colorante a topi con tessuto tumorale pancreatico umano per esplorare la distribuzione dei pacchetti di origami di DNA in condizioni fisiologicamente più rilevanti.
Il team ha sperimentato molecole di DNA origami di diverse dimensioni, a forma di tubo e di piastrella. Hanno scoperto che le strutture a forma di tubo 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, sono state maggiormente assorbite dal tessuto canceroso del pancreas, mentre non sono state assorbite dal tessuto non canceroso circostante. Le molecole più grandi a forma di tubo e tutte le dimensioni delle molecole a forma di piastrella non hanno dato risultati altrettanto buoni.
"Siamo rimasti sorpresi nel vedere come la variazione delle dimensioni e della forma dei pacchetti di origami di DNA influenzasse drasticamente l'assorbimento da parte delle cellule tumorali rispetto a quelle sane", ha detto Han. "Pensavo che le dimensioni più piccole sarebbero state migliori, in modo da ottenere un maggiore accumulo, ma sembra che ci sia un punto di forza non solo per le dimensioni, ma anche per la forma".
Il prossimo passo sarà quello di esplorare l'uso di molecole di DNA piegate a origami e caricate con farmaci chemioterapici per una distribuzione selettiva alle cellule tumorali senza influenzare le cellule normali, ha detto Han. "Fare questo 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".
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