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Les nanomaterials Supersensitive retiennent la promesse pour l'analyse de l'ADN et les médicaments de la deuxième génération

En 1900, le médecin allemand Paul Ehrlich a proposé la notion « d'un remboursement in fine magique. » L'idée de base est d'injecter un patient présentant les particules sèches capables de trouver, d'identifier, et de traiter la maladie. Le médicament a poursuivi le remboursement in fine magique depuis.

Les chercheurs russes de l'institut de Moscou de la physique et de la technologie et de l'institut de physique générale de Prokhorov, RAS, ont effectué des progrès vers cet objectif. Abouti par la maxime Nikitin de MIPT, l'équipe publiée un papier dans le nano d'ACS (facteur d'impact : 13,903), présentant un matériau sec avec de seules propriétés, qui retient la promesse pour l'analyse de l'ADN exprès et les médicaments de la deuxième génération contre le cancer et d'autres graves maladies.

La livraison des médicaments aux cellules affectées par une maladie est un goulot d'étranglement important dans la diagnose et le traitement. Les médicaments devraient idéalement atteindre les cellules pathogènes seulement, sans faire n'importe quel tort à le sain. Il y a une gamme des composés de borne qui donnent loin des cellules cancéreuses. Parmi ces molécules indicatrices, trouvées sur la surface des cellules affectées ou dans leur micro-environnement, sont les produits de déchets et ceux envoyés à d'autres cellules comme signes.

Les médicaments modernes se fondent sur une telle borne pour recenser les cellules en difficulté. Cependant, c'est habituellement le cas que les cellules saines transportent les mêmes bornes, quoiqu'en plus petite quantité. Ceci signifie que les systèmes de distribution visés existants de médicament ne sont pas parfaits. Pour effectuer la livraison de médicament on exige des matériaux plus spécifiques et plus secs qui sont capables d'analyser des paramètres multiples d'environnement immédiatement, cherchant l'objectif avec une précision plus grande.

Les méthodes conventionnel utilisées pour la distribution de médicament sont comme envoyer une lettre avec la ville et la rue écrites sur l'enveloppe, mais sans numéros de maison et d'appartement. Nous devons pouvoir analyser plus de paramètres pour assurer la distribution efficace. »

Maxime Nikitin, investigateur principal et le chef du laboratoire de la nanobiotechnologie de MIPT

Précédemment, Nikitin et co-auteurs ont développé nano et des microparticules capables de conduire des calculs complexes de logique par l'intermédiaire des réactions biochimiques. En leur papier 2014 en nanotechnologie de nature, les chercheurs rapportés que leurs nanocomputers autonomes pourraient analyser beaucoup de paramètres d'un objectif et étaient pour cette raison bien mieux à son identification.

Ces dernières années ont vu beaucoup d'avances en matériaux de biocomputing. D'ici 2018, centaines de papiers avaient été publiés sur le sujet. Révisions chimiques, le tourillon le plus de bonne réputation de l'inducteur avec un facteur d'impact de 54,301, publié un examen de nanorobotics contemporain et biocomputing. Le papier, avec le sous-titre « aube de Theranostic Nanorobots, » a été écrit par des chercheurs du laboratoire de la nanobiotechnologie de MIPT et du laboratoire de Biophotonics de l'institut de physique générale de Prokhorov de l'Académie des sciences russe (RAS).

En dépit des efforts de nombreuses équipes de recherche autour du monde essayant d'augmenter la fonctionnalité des matériaux de biocomputing, elles ne sont toujours pas assez sensibles aux bornes de la maladie, rendant des applications pratiques impossibles.

Le papier récent de l'équipe dans le nano d'ACS marque une découverte dans ce domaine. Ils ont développé un seul matériau sec caractérisé par supersensitivity aux signes d'ADN. C'est plusieurs ordres de grandeur plus sensibles que le concurrent le plus proche. D'ailleurs, le matériau neuf montre une sensibilité plus élevée que cela de l'immense majorité d'analyses exprès actuellement disponibles d'ADN.

Les chercheurs ont réalisé ce résultat remarquable après qu'ils aient découvert que les molécules d'ADN montrent le comportement exceptionnel sur la surface des nanoparticles.

Dans l'étude, une extrémité d'une molécule d'ADN monocatenaire a été goupillée à un nanoparticle. D'une manière primordiale, la molécule n'a eu aucune épingle à cheveux - c.-à-d., segments bicaténaires où une partie du réseau colle à elle-même. L'équipe a équipé l'autre extrémité du réseau d'ADN avec un petit récepteur moléculaire. Le contraire aux attentes, le récepteur n'a pas grippé son objectif. Après avoir éliminé une erreur, les scientifiques ont présumé que l'ADN monocatenaire pourrait coller au nanoparticle et enrouler, cachant le récepteur sous lui, sur la surface des particules.

La droite prouvée d'hypothèse quand l'équipe a ajouté les monocaténaires complémentaires de l'ADN à leur particule. Le récepteur est immédiatement devenu active, grippant son objectif. Ceci s'est produit parce que les obligations entre les nucléotides complémentaires ont fait former les deux brins d'ADN une double helice rigide, ou duplex. Comme la langue d'un caméléon, la boucle a déroulé, exposant le récepteur pour le grippement d'objectif.

Un tel déroulement du brin d'ADN ressemble à cela d'un radiophare moléculaire. Ceci se rapporte à un ADN monocatenaire dont l'une extrémité forme un duplex avec l'extrême inverse, se pliant vers le haut de la structure. Un brin d'ADN complémentaire peut dévoiler le radiophare. Cependant, il y a une distinction significative et utile. « À la différence des radiophares moléculaires, le phénomène découvert active ajuster la force de l'ADN s'enroulant sur le nanoparticle séparé de la force de redressage de l'entrée ADN. Ceci aboutit spectaculaire mieux la sensibilité à l'entrée, » a noté Vladimir de l'étude première l'auteur Cherkasov, un principal chercheur au laboratoire de nanobiotechnologie, MIPT.

En leur papier, les chercheurs expliquent des agents capables de trouver des concentrations d'ADN aussi inférieures que 30 femtomoles (30 milliardièmes d'un millionième d'un naevus) par litre, sans amplification d'ADN et/ou de signe. Le co-auteur Elizaveta Mochalova, un étudiant au doctorat de l'étude au laboratoire de la nanobiotechnologie de MIPT, ajouté : « Nous avons montré que la sensibilité était si élevé avec une analyse transversale tout à fait simple de flux, qui est très utilisée dans des tests de grossesse. À la différence des analyses existantes d'ADN, de tels essais ne peuvent être réalisés en dehors d'un réglage propre de laboratoire et exiger aucun matériel avancé. Ceci rend la technologie bien adaptée à l'examen critique rapide de maladie infectieuse, aux nécessaires de contrôle de nourriture pour l'usage à la maison, et aux choses assimilées. »

Les auteurs du papier ont également montré que la technologie s'appliquait au modèle des nanoagents secs qui identifieraient des cellules cancéreuses basées sur la concentration du petit ADN dans leur micro-environnement. Il y a peu de temps, les petits acides nucléiques étaient vraisemblablement juste les saletés sans signification résultant de la réutilisation de plus grandes molécules fonctionnelles. Cependant, petit RNAs s'est avéré être les régulateurs principaux de beaucoup de procédés en cellules vivantes. Les biologistes recensent actuel des bornes de la maladie parmi des ces RNAs.

« Intéressant, plus la longueur de l'acide nucléique à trouver est petite, plus notre technologie devient compétitive, » Nikitin a commenté. « Nous pouvons fabriquer les agents ultra-sensibles réglés par petit RNAs bien étudié qui sont 17 à 25 bases longtemps. Cependant, si nous prenons les séquences qui sont moins de 10 nucléotides longtemps, il n'y a simplement aucune technologie avec la sensibilité comparable. »

« Ce qui est plus excitant est que notre méthode active sonder le micro-environnement des cellules pour déterminer si petit RNAs plus court sont les bornes utiles de la maladie plutôt que les composés sans signification qu'ils sont couramment tenus pour pour dus aux difficultés dans leur dépistage, » le scientifique ajouté.

La technologie developpée récemment offre des espérances pour la génomique, en termes d'analyses exprès des remarque-de-soins ADN et pour les nanomaterials thérapeutiques de la deuxième génération se développants. Les années récentes ont vu d'immenses découvertes dans la recherche et la retouche de génome, mais la technologie neuve pourrait résoudre le problème qui demeure approprié : la livraison dope seulement aux cellules avec un profil génétique de micro-environnement particulier.

Les chercheurs planification pour continuer de développer leur technologie. Ceci comprend les travaux futurs au centre récent déterminé de MIPT pour des technologies génomiques et la bio-informatique.

Source:
Journal reference:

Cherkasov, V.R., et al. (2020) Nanoparticle Beacons: Supersensitive Smart Materials with On/Off-Switchable Affinity to Biomedical Targets. ACS Nano. doi.org/10.1021/acsnano.9b07569.