Sensores feitos de moléculas de DNA personalizadas podem ser usados ​​para personalizar tratamentos de câncer e monitorar a qualidade das células-tronco, de acordo com uma equipe internacional de pesquisadores liderados por cientistas da UC Santa Barbara e da Universidade de Roma Tor Vergata.

Os novos nanosensores podem detectar rapidamente uma ampla classe de proteínas chamadas fatores de transcrição, que servem como interruptores de controle mestre da vida. A pesquisa é descrita em artigo publicado na Jornal da American Chemical Society .

"O destino de nossas células é controlado por milhares de proteínas diferentes, chamados fatores de transcrição, "disse Alexis Vallée-Bélisle, um pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Química e Bioquímica da UCSB, quem conduziu o estudo. “O papel dessas proteínas é ler o genoma e traduzi-lo em instruções para a síntese das várias moléculas que compõem e controlam a célula. Fatores de transcrição agem um pouco como as 'configurações' de nossas células, assim como as configurações em nossos telefones ou computadores. O que nossos sensores fazem é ler essas configurações. "

Quando os cientistas pegam as células-tronco e as transformam em células especializadas, eles fazem isso alterando os níveis de alguns fatores de transcrição, ele explicou. Este processo é denominado reprogramação celular. "Nossos sensores monitoram as atividades do fator de transcrição, e pode ser usado para garantir que as células-tronco foram adequadamente reprogramadas, ", disse Vallée-Bélisle." Eles também podem ser usados ​​para determinar quais fatores de transcrição são ativados ou reprimidos nas células cancerosas de um paciente, permitindo assim aos médicos usar a combinação certa de medicamentos para cada paciente. "

Andrew Bonham, um bolsista de pós-doutorado na UCSB e co-primeiro autor do estudo, explicou que muitos laboratórios inventaram maneiras de ler os fatores de transcrição; Contudo, a abordagem desta equipe é muito rápida e conveniente. "Na maioria dos laboratórios, os pesquisadores passam horas extraindo as proteínas das células antes de analisá-las, "disse Bonham." Com os novos sensores, nós apenas misturamos as células, coloque os sensores, e medir o nível de fluorescência da amostra. "

Este esforço de pesquisa internacional - organizado por autores sênior Kevin Plaxco, professor do Departamento de Química e Bioquímica da UCSB, e Francesco Ricci, professor da Universidade de Roma, Tor Vergata –– começou quando Ricci percebeu que todas as informações necessárias para detectar atividades de fator de transcrição já estão criptografadas no genoma humano, e pode ser usado para construir sensores. "Após a ativação, esses milhares de fatores de transcrição diferentes se ligam à sua própria sequência de DNA alvo específica, "disse Ricci." Usamos essas sequências como um ponto de partida para construir nossos novos nanosensores. "

A principal descoberta subjacente a esta nova tecnologia veio de estudos dos biossensores naturais dentro das células. "Todas as criaturas, de bactérias a humanos, monitorar seus ambientes usando 'interruptores biomoleculares' - moléculas que mudam de forma feitas de RNA ou proteínas, "disse Plaxco." Por exemplo, em nossos seios da face, existem milhões de proteínas receptoras que detectam diferentes moléculas de odor passando de um 'estado desligado' para um 'estado ligado'. A beleza desses interruptores é que eles são pequenos o suficiente para operar dentro de uma célula, e específico o suficiente para trabalhar nos ambientes muito complexos encontrados lá. "

Inspirado pela eficiência desses nanosensores naturais, o grupo de pesquisa se uniu a Norbert Reich, também professor do Departamento de Química e Bioquímica da UCSB, para construir nanosensores de comutação sintéticos usando DNA, em vez de proteínas ou RNA.

Especificamente, a equipe reprojetou três sequências de DNA de ocorrência natural, cada um reconhecendo um fator de transcrição diferente, em interruptores moleculares que se tornam fluorescentes quando se ligam aos alvos pretendidos. Usando esses sensores em escala nanométrica, os pesquisadores puderam determinar a atividade do fator de transcrição diretamente em extratos celulares, simplesmente medindo seu nível de fluorescência.

Os pesquisadores acreditam que essa estratégia permitirá que os biólogos monitorem a ativação de milhares de fatores de transcrição, levando a uma melhor compreensão dos mecanismos subjacentes à divisão e desenvolvimento celular. "Alternativamente, uma vez que esses nanossensores trabalham diretamente em amostras biológicas, também acreditamos que eles podem ser usados ​​para rastrear e testar novos medicamentos que podem, por exemplo, inibir a atividade de ligação do fator de transcrição responsável pelo crescimento das células tumorais, "disse Plaxco.