Biologica 'computer' distrugge le cellule tumorali: rete di diagnostica incorporata in cellule umane

Aprile 27, 2016 Admin Salute 0 0
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Yaakov (Kobi) Benenson, professore di biologia sintetica al Politecnico di Zurigo, ha trascorso gran parte della sua carriera sviluppare i computer biologici che operano nelle cellule viventi. Il suo obiettivo è quello di costruire biocomputer che rilevano le molecole che trasportano importanti informazioni su benessere cellulare e trattare tali informazioni per indirizzare appropriate risposta terapeutica se la cella si trova ad essere anormale. Ora, insieme a professore del MIT Ron Weiss e un team di scienziati, tra cui studiosi post-dottorato Zhen Xie e Liliana Wroblewska, e uno studente di dottorato Laura Prochazka, hanno fatto un passo importante verso il raggiungimento di questo obiettivo.

In uno studio che è stato appena pubblicato su Science, descrivono un multi-gene sintetico "circuito" il cui compito è quello di distinguere tra cancro e cellule sane e quindi indirizzare le cellule tumorali per la distruzione. Questo circuito funziona campionando e integrando cinque fattori molecolari intracellulari cancro-specifica e la loro concentrazione. Il circuito fa una identificazione positiva solo quando sono presenti tutti i fattori nella cella, con conseguente rilevazione altamente precisa cancro. I ricercatori sperano che possa servire da base per molto specifici trattamenti anti-cancro.




Distruzione selettiva delle cellule tumorali

Gli scienziati hanno testato la rete gene in due tipi di cellule in coltura umane: le cellule tumorali del collo dell'utero, chiamate cellule HeLa, e le cellule normali. Quando il computer biologico genetico è stato introdotto in diversi tipi cellulari, solo le cellule HeLa, ma non quelli sani, sono state distrutte.

Ampia basi è stato richiesto per ottenere questo risultato. Benenson e il suo team hanno dovuto trovare prima quali combinazioni di molecole sono unici per le cellule HeLa. Sembravano tra le molecole che appartengono alla classe di composti noti come microRNA (miRNA) e individuate una combinazione miRNA, o profilo, che era tipica di una cellula HeLa ma non altri tipi di cellule sane.

Trovare il profilo è stato un compito impegnativo. Nel corpo umano ci sono circa 250 differenti tipi di cellule sane. In aggiunta, ci sono numerose varianti di cellule tumorali, di cui centinaia possono essere coltivate in laboratorio. Ancora maggiore è la diversità di miRNA: tra 500 a 1000 specie sono state descritte in cellule umane. "Ogni tipo di cellula, sano o malato, ha diverse molecole miRNA attivati ​​o disattivati," dice Benenson.

Cinque fattori per profilo cancro

Creazione di un "profilo" miRNA non è dissimile a trovare un insieme di sintomi per diagnosticare in modo affidabile una malattia:. "Un sintomo da solo, come la febbre, non può mai designa una malattia Più informazioni sono disponibili a un medico, il più affidabile diventa la sua diagnosi ", spiega il professore, che è venuto a ETH presso la Harvard University di un anno e mezzo fa. I ricercatori hanno quindi cercato dopo diversi fattori che distinguono affidabile cellule tumorali HeLa da tutte le altre cellule sane. Si è scoperto che una combinazione di soli cinque miRNA specifici, alcuni presenti a livelli elevati e alcuni presenti a livelli molto bassi, è sufficiente per identificare una cellula HeLa tra tutte le cellule sane.

Una rete opera simile a un computer

"I fattori miRNA sono sottoposti a calcoli booleani nella cella stesso in cui vengono rilevati. Il biocomputer combina i fattori usando operazioni logiche come AND e NOT, e genera solo il risultato richiesto, ovvero la morte cellulare, quando l'intero calcolo tutte i fattori risultati in un valore VERO logico ", dice Benenson. Infatti, i ricercatori sono stati in grado di dimostrare che la rete funziona molto affidabile in cellule viventi, correttamente che unisce tutti i fattori intracellulari e dando la giusta diagnosi. Questo, secondo Benenson, rappresenta un risultato significativo nel campo.

Modello animali e Terapia Genica

In una fase successiva, la squadra vuole verificare questo calcolo cellulare in un modello animale adeguato, con lo scopo di costruire strumenti diagnostici e terapeutici in futuro. Questo può sembrare fantascienza, ma Benenson ritiene che questo è fattibile. Tuttavia, vi sono ancora problemi difficili da risolvere, per esempio il rilascio di geni estranei in una cella in modo efficiente e sicuro. Tale consegna DNA è attualmente molto impegnativo. In particolare, questo approccio richiede temporanea piuttosto che all'introduzione definitiva di geni estranei nelle cellule, ma i metodi attualmente disponibili, sia virali e chimici, non sono completamente sviluppati e devono essere migliorate.

"Siamo ancora molto lontani da un metodo di trattamento completamente funzionale per gli esseri umani. Questo lavoro, però, è un primo passo importante che dimostra la fattibilità di un metodo diagnostico così selettivo a livello di singola cellula", ha detto Benenson.

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