Attenzione: questa pagina è una traduzione automatica di questa pagina originariamente in lingua inglese. Si prega di notare in quanto le traduzioni sono generate da macchine, non tutte le traduzioni saranno perfetti. Questo sito web e le sue pagine web sono destinati ad essere letto in inglese. Ogni traduzione del sito e le sue pagine web possono essere imprecise e inesatte, in tutto o in parte. Questa traduzione è fornita per comodità.

I nanomaterials Supersensitive tengono la promessa per l'analisi del DNA e le droghe di prossima generazione

Nel 1900, il medico tedesco Paul Ehrlich ha fornito la nozione “di un richiamo magico.„ L'idea di base è di iniettare un paziente con le particelle astute capaci di individuazione, di riconoscimento e di trattamento della malattia. La medicina ha perseguito il richiamo magico da allora.

I ricercatori russi dall'istituto di Mosca di fisica e della tecnologia e dall'istituto di fisica generale di Prokhorov, RAS, hanno fatto il progresso verso quello scopo. Piombo dal massimo Nikitin di MIPT, il gruppo ha pubblicato un documento in ACS nano (fattore di impatto: 13,903), presentando un materiale astuto con i beni unici, che tiene la promessa per l'analisi precisa del DNA e le droghe di prossima generazione contro cancro ed altre malattie serie.

Consegnando i farmaci alle celle influenzate da una malattia è un grave ostacolo importante nei sistemi diagnostici e nella terapia. Le droghe dovrebbero raggiungere idealmente le celle patogene soltanto, senza arrecare alcuni danni a quei sani. C'è un intervallo dei composti dell'indicatore che danno via le cellule tumorali. Fra queste molecole indicarici, trovate sulla superficie delle celle commoventi o nel loro microenvironment, sono i residui e quelli inviati ad altre celle come segnali.

Le droghe moderne contano su un tale indicatore per identificare le celle malate. Tuttavia, è solitamente il caso che le celle in buona salute portano gli stessi indicatori, anche se in più piccola quantità. Ciò significa che i delivery system mirati a esistenti della droga non sono perfetti. Per effettuare la consegna della droga i materiali più specifici e più astuti sono richiesti che sono capaci di analizzare i parametri multipli dell'ambiente immediatamente, cercando l'obiettivo con una maggior precisione.

I metodi convenzionalmente usati per la consegna della droga sono come l'invio della lettera con la città e la via scritte sulla busta, ma senza i numeri dell'appartamento e della casa. Dobbiamo potere analizzare più parametri per assicurare l'efficace consegna.„

Massimo Nikitin, ricercatore principale e la testa del laboratorio della nanobiotecnologia di MIPT

Precedentemente, Nikitin ed i co-author hanno sviluppato nano e le microparticelle capaci di conduzione dei calcoli complessi di logica via le reazioni biochimiche. In loro documento 2014 in nanotecnologia della natura, i ricercatori hanno riferito che i loro nanocomputers autonomi potrebbero analizzare molti parametri di un obiettivo ed erano quindi molto meglio alla sua identificazione.

Gli anni ultimi hanno veduto molti avanzamenti in materiali di biocomputing. Da ora al 2018, centinaia e centinaia di documenti erano stati pubblicati sull'oggetto. Gli esami chimici, il giornale più rispettabile del campo con un fattore di impatto di 54,301, hanno pubblicato un esame del nanorobotics e del biocomputing contemporanei. Il documento, con il sottotitolo “l'alba di Theranostic Nanorobots,„ è stato creato dai ricercatori dal laboratorio della nanobiotecnologia di MIPT e dal laboratorio di biofotonica dell'istituto di fisica generale di Prokhorov dell'accademia delle scienze russa (RAS).

Malgrado gli sforzi di numerosi gruppi di ricerca intorno al mondo che prova a ampliare la funzionalità dei materiali di biocomputing, non sono ancora abbastanza sensibili agli indicatori di malattia, rendenti le applicazioni pratiche impossibili.

Il documento recente del gruppo nei segni nani di ACS un'innovazione in materia. Hanno sviluppato un materiale astuto unico caratterizzato dal supersensitivity ai segnali del DNA. È parecchi ordini di grandezza più sensibili del concorrente più vicino. Inoltre, il nuovo materiale esibisce un'più alta sensibilità che quello della vasta maggioranza delle analisi precise attualmente disponibili del DNA.

I ricercatori hanno raggiunto quel risultato notevole dopo che hanno scoperto che le molecole del DNA esibiscono il comportamento insolito sulla superficie delle nanoparticelle.

Nello studio, un'estremità di una molecola unico incagliata del DNA è stata appuntata ad una nanoparticella. D'importanza, la molecola non ha avuta forcelle - cioè, segmenti a doppia elica in cui la parte della catena attacca a se stesso. Il gruppo ha equipaggiato l'altra estremità della catena del DNA con un piccolo ricevitore molecolare. Il contrario alle aspettative, il ricevitore non ha legato il suo obiettivo. Dopo l'eliminazione dell'errore, gli scienziati hanno supposto che il DNA unico incagliato potrebbe attaccare alla nanoparticella ed arrotolarsi su, nascondendo il ricevitore, sulla superficie della particella.

L'ipotesi ha provato la destra quando il gruppo ha aggiunto i singoli fili complementari di DNA alla loro particella. Il ricevitore immediatamente è diventato attivo, associazione il suo obiettivo. Ciò è accaduto perché le obbligazioni fra i nucleotidi complementari hanno indotto i due fili del DNA a formare una doppia elica rigida, o duplex. Come la linguetta di un camaleonte, il filo si è svolto, esponendo il ricevitore per l'associazione dell'obiettivo.

Tale svolgersi del filo del DNA somiglia a quello di un gavitello molecolare. Ciò si riferisce ad un DNA unico incagliato di cui l'un'estremità forma un duplex con l'estremo opposto, piegante la struttura. Un filo complementare di DNA può spiegare il gavitello. Tuttavia, c'è una distinzione significativa ed utile. “A differenza dei gavitelli molecolari, il fenomeno scoperto permette a sintonizzare la forza di DNA che arriccia esclusivamente sulla nanoparticella dalla forza di raddrizzamento del DNA dell'input. Ciò piombo drammaticamente meglio la sensibilità all'input,„ ha notato il primo autore Vladimir Cherkasov, un autorevole ricercatore dello studio al laboratorio di nanobiotecnologia, MIPT.

In loro documento, i ricercatori dimostrano gli agenti capaci di rilevazione delle concentrazioni nel DNA basse quanto 30 femtomoles (30 billionths di un milionesimi delle mole) per litro, senza amplificazione del segnale e/o del DNA. Il co-author Elizaveta Mochalova, uno studente di laurea dello studio al laboratorio della nanobiotecnologia di MIPT, aggiunto: “Abbiamo mostrato la sensibilità per essere così alti con un'analisi laterale abbastanza semplice di flusso, che è ampiamente usata nei test di gravidanza. A differenza delle analisi attuali del DNA, tali prove possono essere eseguite fuori di una regolazione pulita del laboratorio e non richiedere strumentazione avanzata. Ciò rende la tecnologia ben adattata alla selezione rapida della malattia infettiva, ai kit difficili dell'alimento per uso domestico ed alle simili cose.„

Gli autori del documento egualmente hanno indicato la tecnologia per essere applicabili alla progettazione dei nanoagents astuti che riconoscerebbero le cellule tumorali basate sulla concentrazione di piccolo DNA nel loro microenvironment. Non molto tempo fa, i piccoli acidi nucleici erano probabilmente appena detriti insignificanti derivando dal riciclaggio delle molecole funzionali più grandi. Tuttavia, piccolo RNAs è risultato essere regolatori chiave di molti trattamenti in celle viventi. I biologi corrente stanno identificando gli indicatori di malattia fra i questi RNAs.

“Interessante, più piccola la lunghezza dell'acido nucleico da individuare, più non Xerox la nostra tecnologia diventa,„ Nikitin ha commentato. “Possiamo da costruzione gli agenti ultrasensibili gestiti da piccolo RNAs ben esaminato che sono lungamente 17 - 25 basi. Tuttavia, se catturiamo le sequenze che sono lungamente di meno di 10 nucleotidi, non ci sono semplicemente le tecnologie con la sensibilità comparabile.„

“Che cosa è ancor più emozionante è che il nostro metodo permette a sondare il microenvironment delle celle per determinare se più breve piccolo RNAs è indicatori utili di malattia piuttosto che i composti che insignificanti sono ritenuti comunemente dovuto le difficoltà nella loro rilevazione,„ lo scienziato aggiunto.

La tecnologia di recente sviluppato offre le prospettive per genomica, sia in termini di analisi precise del DNA di punto-de-cura che per sviluppare i nanomaterials terapeutici di prossima generazione. Gli anni recenti hanno veduto le innovazioni immense nella ricerca e nel modificare del genoma, ma la nuova tecnologia potrebbe risolvere il problema che rimane pertinente: la consegna droga soltanto alle celle con un profilo genetico del microenvironment particolare.

I ricercatori pianificazione continuare a sviluppare la loro tecnologia. Ciò comprende i lavori futuri al centro recentemente istituito di MIPT per le tecnologie genomiche e la bioinformatica.

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.