p Em 1900, O médico alemão Paul Ehrlich surgiu com a noção de uma "bala mágica". A ideia básica é injetar em um paciente partículas inteligentes capazes de encontrar, reconhecendo, e tratamento de uma doença. A medicina perseguiu a bala mágica desde então. p Pesquisadores russos do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou e do Instituto de Física Geral Prokhorov, RAS, fizeram progressos em direção a esse objetivo. Liderado por Maxim Nikitin do MIPT, a equipe publicou um artigo em ACS Nano , apresentando um material inteligente com propriedades únicas, que é uma promessa para a análise expressa de DNA e drogas de próxima geração contra o câncer e outras doenças graves.

p A distribuição de medicamentos às células afetadas por uma doença é um grande gargalo no diagnóstico e na terapia. Os medicamentos devem atingir idealmente apenas as células patogênicas, sem fazer mal aos saudáveis. Há uma série de compostos marcadores que revelam células cancerosas. Entre essas moléculas reveladoras, encontrados na superfície das células afetadas ou em seu microambiente, são resíduos e aqueles enviados para outras células como sinais.

p As drogas modernas dependem de um desses marcadores para identificar células doentes. Contudo, geralmente ocorre que células saudáveis ​​carregam os mesmos marcadores, embora em quantidades menores. Isso significa que os sistemas de administração de medicamentos direcionados existentes não são perfeitos. Para tornar a distribuição de medicamentos mais específica, são necessários materiais inteligentes que sejam capazes de analisar vários parâmetros do ambiente ao mesmo tempo, buscar o alvo com maior precisão.

p “Os métodos convencionalmente usados ​​para a entrega de medicamentos são como enviar uma carta com a cidade e a rua escritas no envelope, mas sem os números da casa e do apartamento, "O investigador principal e chefe do Laboratório de Nanobiotecnologia do MIPT, Maxim Nikitin, comentou." Precisamos ser capazes de analisar mais parâmetros para garantir uma entrega eficaz. "

p Anteriormente, Nikitin e co-autores desenvolveram nano e micropartículas capazes de conduzir cálculos lógicos complexos por meio de reações bioquímicas. Em seu artigo de 2014 em Nature Nanotechnology , os pesquisadores relataram que seus nanocomputadores autônomos podiam analisar muitos parâmetros de um alvo e, portanto, eram muito melhores em sua identificação.

p Nos últimos anos, assistimos a muitos avanços nos materiais de biocomputação. Em 2018, centenas e centenas de artigos foram publicados sobre o assunto. Avaliações Químicas , o jornal mais conceituado da área, publicou uma revisão sobre nanorrobótica e biocomputação contemporâneas. O papel, com o subtítulo "Dawn of Theranostic Nanorobots, "foi de autoria de pesquisadores do Laboratório de Nanobiotecnologia do MIPT e do Laboratório de Biofotônica do Instituto de Física Geral de Prokhorov da Academia Russa de Ciências (RAS).

p Apesar dos esforços de várias equipes de pesquisa em todo o mundo tentando expandir a funcionalidade dos materiais de biocomputação, eles ainda não são sensíveis o suficiente aos marcadores de doenças, tornando as aplicações práticas impossíveis.

p O recente artigo da equipe em ACS Nano marca um avanço neste campo. Eles desenvolveram um material inteligente exclusivo caracterizado pela supersensibilidade aos sinais de DNA. É várias ordens de magnitude mais sensível do que o concorrente mais próximo. Além disso, o novo material exibe uma sensibilidade mais alta do que a da grande maioria dos ensaios de DNA expresso atualmente disponíveis.

p Os pesquisadores alcançaram esse resultado notável depois que descobriram que as moléculas de DNA exibem um comportamento incomum na superfície das nanopartículas.

p No estudo, uma extremidade de uma molécula de DNA de fita simples foi fixada em uma nanopartícula. Mais importante, a molécula não tinha grampos de cabelo - isto é, segmentos de fita dupla onde parte da corrente gruda em si mesma. A equipe equipou a outra extremidade da cadeia de DNA com um pequeno receptor molecular. Ao contrário das expectativas, o receptor não se ligou ao seu alvo. Depois de descartar um erro, os cientistas levantaram a hipótese de que o DNA de fita simples pode aderir à nanopartícula e se enrolar, escondendo o receptor abaixo dele, na superfície da partícula.

p A hipótese se mostrou correta quando a equipe adicionou fitas simples complementares de DNA à partícula. O receptor tornou-se instantaneamente ativo, vinculando seu alvo. Isso aconteceu porque as ligações entre os nucleotídeos complementares fizeram com que as duas fitas de DNA formassem uma dupla hélice rígida, ou duplex. Como a língua de um camaleão, o fio se desenrolou, expor o receptor para ligação ao alvo.

p Esse desenrolamento da fita de DNA assemelha-se ao de um farol molecular. Isso se refere a um DNA de fita simples, cuja extremidade forma um duplex com a extremidade oposta, dobrar a estrutura. Uma fita complementar de DNA pode desdobrar o farol. Contudo, há uma distinção significativa e útil. "Ao contrário dos faróis moleculares, o fenômeno descoberto permite ajustar a força da ondulação do DNA na nanopartícula separadamente da força de endireitamento do DNA de entrada. Isso leva a uma sensibilidade dramaticamente melhor à entrada, "observou o primeiro autor do estudo, Vladimir Cherkasov, um pesquisador líder no Laboratório de Nanobiotecnologia, MIPT.

p Em seu jornal, os pesquisadores demonstram agentes capazes de detectar concentrações de DNA tão baixas quanto 30 femtomoles (30 bilionésimos de milionésimo de um mol) por litro, sem amplificação de DNA e / ou sinal. A co-autora do estudo Elizaveta Mochalova, um estudante de doutorado no Laboratório de Nanobiotecnologia do MIPT, acrescentou:"Mostramos que a sensibilidade é tão alta com um ensaio de fluxo lateral bastante simples, que é amplamente utilizado em testes de gravidez. Ao contrário dos ensaios de DNA existentes, tais testes podem ser realizados fora de um ambiente de laboratório limpo e não requerem equipamentos avançados. Isso torna a tecnologia adequada para o rastreamento rápido de doenças infecciosas, kits de teste de alimentos para uso doméstico, e coisas semelhantes. "

p Os autores do artigo também mostraram que a tecnologia pode ser aplicada ao design de nanoagentes inteligentes que reconheceriam as células cancerosas com base na concentração de pequenos DNA em seu microambiente. Não faz muito tempo, pequenos ácidos nucléicos eram considerados apenas fragmentos sem sentido resultantes da reciclagem de moléculas funcionais maiores. Contudo, pequenos RNAs revelaram-se reguladores-chave de muitos processos em células vivas. Biólogos estão atualmente identificando marcadores de doenças entre esses RNAs.

p "Interessantemente, quanto menor o comprimento do ácido nucleico a ser detectado, quanto mais competitiva nossa tecnologia se torna, "Nikitin comentou." Podemos fabricar agentes ultrassensíveis controlados por pequenos RNAs bem estudados com 17 a 25 bases de comprimento. Contudo, se tomarmos sequências com menos de 10 nucleotídeos de comprimento, simplesmente não existem tecnologias com sensibilidade comparável. "

p "O que é ainda mais empolgante é que nosso método permite sondar o microambiente das células para determinar se pequenos RNAs mais curtos são marcadores de doenças úteis, em vez dos compostos sem sentido que são comumente considerados devido às dificuldades em sua detecção, "acrescentou o cientista.

p A tecnologia recém-desenvolvida oferece perspectivas para a genômica, tanto em termos de ensaios expressos de DNA em pontos de atendimento quanto para o desenvolvimento de nanomateriais terapêuticos de última geração. Nos últimos anos, assistimos a avanços imensos na pesquisa e edição do genoma, mas a nova tecnologia poderia resolver o problema que permanece relevante:entregar drogas apenas para as células com um determinado perfil genético do microambiente.

p Os pesquisadores pretendem continuar desenvolvendo sua tecnologia. Isso inclui trabalho futuro no recentemente estabelecido Centro de Tecnologias Genômicas e Bioinformática do MIPT.