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Os nanomaterials Supersensitive mantêm a promessa para drogas da análise e da próxima geração do ADN

Em 1900, o médico alemão Paul Ehrlich veio acima com a noção “de uma bala mágica.” A ideia básica é injectar um paciente com as partículas espertas capazes de encontrar, de reconhecer, e de tratar a doença. A medicina levou a cabo a bala mágica depois.

Os pesquisadores do russo do instituto de Moscovo da física e da tecnologia e do instituto da física geral de Prokhorov, RAS, fizeram o progresso para esse objetivo. Conduzido pela máxima Nikitin de MIPT, a equipe publicou um papel em ACS Nano (factor de impacto: 13,903), apresentando um material esperto com propriedades originais, que mantenha a promessa para drogas expressas da análise e da próxima geração do ADN contra o cancro e outras doenças sérias.

Entregar medicamentações às pilhas afetadas por uma doença é um gargalo principal nos diagnósticos e na terapia. As drogas devem idealmente alcançar as pilhas patogénicos somente, sem fazer nenhum dano aos saudáveis. Há uma escala dos compostos do marcador que dão afastado células cancerosas. Entre estas moléculas indicadoras, encontradas na superfície das pilhas afetadas ou em seu microambiente, são os restos da produção e aqueles enviados a outras pilhas como sinais.

As drogas modernas confiam em um tal marcador para identificar pilhas doentes. Contudo, é geralmente o caso que as pilhas saudáveis levam os mesmos marcadores, embora em quantidades menores. Isto significa que os sistemas de entrega visados existentes da droga não são perfeitos. Para fazer a entrega da droga uns materiais mais específicos, mais espertos são exigidos que sejam capazes de analisar parâmetros múltiplos do ambiente imediatamente, procurando o alvo com uma precisão maior.

Os métodos convencionalmente usados para a entrega da droga são como a emissão de uma carta com a cidade e a rua escritas no envelope, mas sem os números da casa e do apartamento. Nós precisamos de poder analisar mais parâmetros para assegurar a entrega eficaz.”

Máxima Nikitin, investigador principal e a cabeça do laboratório da nanobiotecnologia de MIPT

Previamente, Nikitin e os co-autores desenvolveram nano e as micropartícula capazes de conduzir computações complexas da lógica através das reacções bioquímicas. Em seu papel 2014 na nanotecnologia da natureza, os pesquisadores relataram que seus nanocomputers autônomos poderiam analisar muitos parâmetros de um alvo e estariam conseqüentemente muito melhor em sua identificação.

Os os últimos anos consideraram muitos avanços em materiais do biocomputing. Em 2018, as centenas em cima das centenas de papéis tinham sido publicadas no assunto. As revisões químicas, o jornal o mais respeitável do campo com um factor de impacto de 54,301, publicaram uma revisão do nanorobotics e do biocomputing contemporâneos. O papel, com o subtítulo “alvorecer de Theranostic Nanorobots,” foi sido o autor por pesquisadores do laboratório da nanobiotecnologia de MIPT e do laboratório de Biophotonics do instituto da física geral de Prokhorov da academia do russo de ciências (RAS).

Apesar dos esforços das equipas de investigação numerosas em todo o mundo que tentam expandir a funcionalidade de materiais do biocomputing, não são ainda sensíveis bastante aos marcadores da doença, tornando aplicações práticas impossíveis.

O papel recente da equipe em marcas Nano de ACS uma descoberta neste campo. Desenvolveram um material esperto original caracterizado pelo supersensitivity aos sinais do ADN. É diversos ordens de grandeza mais sensíveis do que o concorrente o mais próximo. Além disso, o material novo exibe uma sensibilidade mais alta do que aquele da grande maioria de ensaios expressos actualmente disponíveis do ADN.

Os pesquisadores conseguiram esse resultado notável depois que descobriram que as moléculas do ADN exibem o comportamento incomum na superfície dos nanoparticles.

No estudo, uma extremidade de uma molécula único-encalhada do ADN foi fixada a um nanoparticle. Importante, a molécula não teve nenhum gancho de cabelo - isto é, segmentos dobro-encalhados onde a parte da corrente se cola. A equipe equipou a outra extremidade da corrente do ADN com um receptor molecular pequeno. O contrário às expectativas, o receptor não ligou seu alvo. Após ter ordenado para fora um erro, os cientistas supor que o ADN único-encalhado pôde colar ao nanoparticle e bobinar acima, escondendo o receptor abaixo dele, na superfície da partícula.

A hipótese provou certo quando a equipe adicionou únicas costas complementares do ADN a sua partícula. O receptor transformou-se imediatamente active, ligando seu alvo. Isto aconteceu porque as ligações entre os nucleotides complementares fizeram com que as duas costas do ADN formassem uma hélice dobro rígida, ou duplex. Como a língua de um camaleão, a costa desenrolou-se, expor o receptor para o emperramento do alvo.

Tal desenrolar-se da costa do ADN assemelha-se àquele de uma baliza molecular. Isto refere um ADN único-encalhado cuja a uma extremidade forme um duplex com o extremo oposto, dobrando-se acima da estrutura. Uma costa complementar do ADN pode desdobrar a baliza. Contudo, há uma distinção significativa e útil. “Ao contrário das balizas moleculars, o fenômeno descoberto permite o ajustamento da força do ADN que ondula no nanoparticle separada da força de endireitamento do ADN da entrada. Isto conduz dramàtica melhor a sensibilidade à entrada,” notou o primeiro autor Vladimir Cherkasov do estudo, um pesquisador principal no laboratório da nanobiotecnologia, MIPT.

Em seu papel, os pesquisadores demonstram os agentes capazes de detectar as concentrações do ADN tão baixas quanto 30 femtomoles (30 billionths de um milhonésimo de uma toupeira) pelo litro, sem amplificação do ADN e/ou do sinal. O co-autor Elizaveta Mochalova do estudo, um estudante doutoral no laboratório da nanobiotecnologia de MIPT, adicionado: “Nós mostramos a sensibilidade para ser tão altos com um ensaio lateral bastante simples do fluxo, que fosse amplamente utilizado em testes de gravidez. Ao contrário dos ensaios existentes do ADN, tais testes podem ser executados fora de um ajuste limpo do laboratório e não exigir nenhum equipamento avançado. Isto faz a tecnologia bem-serida à selecção rápida da doença infecciosa, aos jogos de teste do alimento para o uso home, e às coisas similares.”

Os autores do papel igualmente mostraram a tecnologia para ser aplicáveis ao projecto dos nanoagents espertos que reconheceriam as células cancerosas baseadas na concentração de ADN pequeno em seu microambiente. Há pouco tempo, os ácidos nucleicos pequenos eram provavelmente apenas restos sem sentido resultando do recicl de moléculas funcionais maiores. Contudo, RNAs pequeno despejou ser reguladores chaves de muitos processos em pilhas vivas. Os biólogos estão identificando actualmente marcadores da doença entre estes RNAs.

“Interessante, menor o comprimento do ácido nucleico a ser detectado, mais competitiva nossa tecnologia se torna,” Nikitin comentou. “Nós podemos fabricar os agentes ultrasensitive controlados por RNAs pequeno bem examinado que são 17 a 25 bases por muito tempo. Contudo, se nós tomamos as seqüências que são menos de 10 nucleotides por muito tempo, não há simplesmente nenhuma tecnologia com sensibilidade comparável.”

“O que é ainda mais emocionante é que nosso método permite a sondagem do microambiente das pilhas para determinar se um RNAs pequeno mais curto é marcadores úteis da doença um pouco do que os compostos que sem sentido são guardarados geralmente para ser devido às dificuldades em sua detecção,” o cientista adicionado.

A tecnologia recentemente desenvolvido oferece perspectivas para a genómica, em termos dos ensaios expressos do ADN do ponto--cuidado e para nanomaterials terapêuticos tornando-se da próxima geração. Os anos recentes consideraram descobertas imensas na pesquisa e na edição do genoma, mas a nova tecnologia poderia resolver o problema que permanece relevante: entregar droga-se somente às pilhas com um perfil genético do microambiente particular.

Os pesquisadores planeiam continuar a desenvolver sua tecnologia. Isto inclui o trabalho futuro no centro recentemente estabelecido de MIPT para tecnologias e a bioinformática Genomic.

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.