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Los nanomaterials supersensibles mantienen la promesa para las drogas del análisis y de la siguiente-generación de la DNA

En 1900, el médico alemán Paul Ehrlich subió con la noción de un “punto negro mágico.” La idea básica es inyectar a un paciente con las partículas elegantes capaces de encontrar, de reconocer, y de tratar enfermedad. El remedio ha perseguido el punto negro mágico desde que.

Los investigadores rusos del instituto de Moscú de la física y de la tecnología y del instituto de la física general de Prokhorov, RAS, han hecho progreso hacia esa meta. Llevado por la máxima Nikitin de MIPT, las personas publicaron un papel en ACS nano (factor de impacto: 13,903), presentando un material elegante con las propiedades únicas, que mantiene la promesa para las drogas expresas del análisis y de la siguiente-generación de la DNA contra cáncer y otras enfermedades serias.

La entrega de medicaciones a las células afectadas por una enfermedad es un atascamiento importante en diagnósticos y terapia. Las drogas deben alcanzar idealmente las células patógenas solamente, sin hacer ningún daño los sanos. Hay un alcance de las composiciones del marcador que dan de distancia a las células cancerosas. Entre estas moléculas indicadores, encontradas en la superficie de las células afectadas o en su microambiente, son los residuos y ésos enviados a otras células como señales.

Las drogas modernas confían en un tal marcador para determinar las células enfermas. Sin embargo, es generalmente el caso que las células sanas llevan los mismos marcadores, no obstante en cantidades más pequeñas. Esto significa que los sistemas de envío apuntados existentes de la droga no son perfectos. Para hacer lanzamiento de la droga materiales más específicos, más elegantes se requieren que son capaces de analizar parámetros múltiples del ambiente inmediatamente, buscando el objetivo con una mayor precisión.

Los métodos convencional usados para el lanzamiento de la droga son como el envío de una letra con la ciudad y la calle escritas en el envolvente, pero sin los números de la casa y del apartamento. Necesitamos poder analizar más parámetros para asegurar lanzamiento efectivo.”

Máxima Nikitin, investigador principal y el jefe del laboratorio de la nanobiotecnología de MIPT

Previamente, Nikitin y los co-autores desarrollaron nano y las micropartículas capaces de conducto cómputos complejos de la lógica vía reacciones bioquímicas. En su papel 2014 en nanotecnología de la naturaleza, los investigadores denunciaron que sus nanocomputers autónomos podrían analizar muchos parámetros de un objetivo y estaban por lo tanto mucho mejor en su identificación.

Los los últimos años han considerado muchos avances en materiales del biocomputing. En 2018, cientos y cientos de papeles habían sido publicados en el tema. Las revistas químicas, el gorrón más reputable del campo con un factor de impacto de 54,301, publicaron una revista del nanorobotics y del biocomputing contemporáneos. El papel, con el subtítulo “amanecer de Theranostic Nanorobots,” fue sido autor por los investigadores del laboratorio de la nanobiotecnología de MIPT y del laboratorio de Biophotonics del instituto de la física general de Prokhorov de la academia de las ciencias rusa (RAS).

A pesar de los esfuerzos de los equipos de investigación numerosos en todo el mundo que intentan desplegar las funciones de los materiales del biocomputing, todavía no son bastante sensibles a los marcadores de la enfermedad, haciendo usos prácticos imposibles.

El papel reciente de las personas en marcas nanas de ACS una ruptura en este campo. Han desarrollado un material elegante único caracterizado por supersensitivity a las señales de la DNA. Es varios órdenes de magnitud más sensibles que el competidor más cercano. Por otra parte, el nuevo material exhibe una sensibilidad más alta que el de la gran mayoría de análisis expresos actualmente disponibles de la DNA.

Los investigadores lograron ese resultado notable después de que descubrieran que las moléculas de la DNA exhiben comportamiento inusual en la superficie de nanoparticles.

En el estudio, un extremo de una molécula de una sola fila de la DNA fue fijado a un nanoparticle. Importantemente, la molécula no tenía ninguna horquilla - es decir, segmentos doble-trenzados donde la parte de la cadena adhiere a sí mismo. Las personas equiparon el otro extremo de la cadena de la DNA con un pequeño receptor molecular. El contrario a las expectativas, el receptor no ató su objetivo. Después de eliminar un error, los científicos presumieron que la DNA de una sola fila pudo adherir al nanoparticle y enrollar hacia arriba, ocultando el receptor debajo de ella, en la superficie de la partícula.

La hipótesis probó a la derecha cuando las personas agregaron únicos cabos complementarios de la DNA a su partícula. El receptor se convirtió en inmediatamente active, atando su objetivo. Esto suceso porque las ligazones entre los nucleótidos complementarios hicieron los dos cabos de la DNA formar un doble hélice rígido, o duplex. Como la lengüeta de un camaleón, el cabo desenrolló, exponiendo el receptor para el atascamiento del objetivo.

Tal desenrollamiento del cabo de la DNA se asemeja al de una baliza molecular. Esto refiere a una DNA de una sola fila cuyo un extremo forme un duplex con el extremo contrario, doblando encima de la estructura. Un cabo complementario de la DNA puede revelar la baliza. Sin embargo, hay una distinción importante y útil. “A diferencia de las balizas moleculares, el fenómeno descubierto habilita la sintonización de la fuerza de la DNA que se encrespa en el nanoparticle por separado de la fuerza que se endereza de la DNA de la entrada. Esto lleva dramáticamente mejor sensibilidad a la entrada,” observó a primer autor Vladimir Cherkasov, investigador destacado del estudio en el laboratorio de la nanobiotecnología, MIPT.

En su papel, los investigadores demuestran los agentes capaces de descubrir las concentraciones de la DNA de hasta sólo 30 femtomoles (30 billionths de un millonésimos de un espolón) por litro, sin la amplificación de la DNA y/o de la señal. El co-autor Elizaveta Mochalova, estudiante doctoral del estudio en el laboratorio de la nanobiotecnología de MIPT, adicional: “Mostramos la sensibilidad para ser tan altos con un análisis lateral muy simple del flujo, que es ampliamente utilizado en pruebas de embarazo. A diferencia de los análisis existentes de la DNA, tales pruebas no pueden ser realizadas fuera de una fijación limpia del laboratorio y requerir ningún equipo avanzado. Esto hace la tecnología bien adaptada a la investigación rápida de la enfermedad infecciosa, a los estuches de prueba de la comida para el uso en el hogar, y a las cosas similares.”

Los autores del papel también han mostrado la tecnología para ser aplicables al diseño de los nanoagents elegantes que reconocerían a las células cancerosas basadas en la concentración de pequeña DNA en su microambiente. Desde hace poco tiempo, los pequeños ácidos nucléicos eran probablemente apenas escombros sin setido resultando del reciclaje de moléculas funcionales más grandes. Sin embargo, pequeño RNAs resultó ser reguladores dominantes de muchos procesos en células vivas. Los biólogos están determinando actualmente marcadores de la enfermedad entre estos RNAs.

“Interesante, cuanto más pequeño es el largo del ácido nucléico que se descubrirá, cuanto más competitiva nuestra tecnología llega a ser,” Nikitin comentó. “Podemos fabricar los agentes ultrasensibles controlados por pequeño RNAs bien estudiado que son 17 a 25 bases de largo. Sin embargo, si tomamos las series que son menos de 10 nucleótidos de largo, no hay simple tecnologías con sensibilidad comparable.”

“Cuál es aún más emocionante es que nuestro método habilita el sondeo del microambiente de células para determinar si un pequeño RNAs más corto es marcadores útiles de la enfermedad bastante que las composiciones sin setido que se esperan común para ser debido a las dificultades en su detección,” al científico adicional.

La tecnología desarrollada recientemente ofrece las perspectivas de la genómica, en términos de análisis expresos de la DNA del punto-de-cuidado y para los nanomaterials terapéuticos de la siguiente-generación que se convierten. Los últimos años han considerado rupturas inmensas en la investigación y corregir del genoma, pero la nueva tecnología podría resolver el problema que sigue habiendo relevante: la entrega droga solamente a las células con un perfil genético del microambiente determinado.

Los investigadores proyectan continuar el desarrollar de su tecnología. Esto incluye el trabajo futuro en el centro recientemente establecido de MIPT para las tecnologías y la 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.