Los sensores fabricados a partir de moléculas de ADN personalizadas podrían utilizarse para personalizar los tratamientos contra el cáncer y controlar la calidad de las células madre. según un equipo internacional de investigadores dirigido por científicos de la UC Santa Bárbara y la Universidad de Roma Tor Vergata.

Los nuevos nanosensores pueden detectar rápidamente una amplia clase de proteínas llamadas factores de transcripción, que sirven como los interruptores de control maestros de la vida. La investigación se describe en un artículo publicado en Revista de la sociedad química estadounidense .

"El destino de nuestras células está controlado por miles de proteínas diferentes, llamados factores de transcripción, "dijo Alexis Vallée-Bélisle, investigador postdoctoral en el Departamento de Química y Bioquímica de la UCSB, quien dirigió el estudio. "El papel de estas proteínas es leer el genoma y traducirlo en instrucciones para la síntesis de las diversas moléculas que componen y controlan la célula. Los factores de transcripción actúan un poco como la 'configuración' de nuestras células, al igual que la configuración de nuestros teléfonos o computadoras. Lo que hacen nuestros sensores es leer esos ajustes ".

Cuando los científicos toman células madre y las convierten en células especializadas, lo hacen cambiando los niveles de algunos factores de transcripción, él explicó. Este proceso se llama reprogramación celular. "Nuestros sensores controlan las actividades de los factores de transcripción, y podría usarse para asegurarse de que las células madre se hayan reprogramado correctamente, ", dijo Vallée-Bélisle." También podrían usarse para determinar qué factores de transcripción se activan o reprimen en las células cancerosas de un paciente, permitiendo así a los médicos utilizar la combinación adecuada de fármacos para cada paciente ".

Andrew Bonham, un becario postdoctoral en UCSB y co-primer autor del estudio, explicó que muchos laboratorios han inventado formas de leer los factores de transcripción; sin embargo, El enfoque de este equipo es muy rápido y conveniente. "En la mayoría de los laboratorios, los investigadores pasan horas extrayendo las proteínas de las células antes de analizarlas, "dijo Bonham." Con los nuevos sensores, simplemente aplastamos las células, poner los sensores, y medir el nivel de fluorescencia de la muestra ".

Este esfuerzo de investigación internacional, organizado por los autores principales Kevin Plaxco, profesor del Departamento de Química y Bioquímica de UCSB, y Francesco Ricci, profesor de la Universidad de Roma, Tor Vergata –– comenzó cuando Ricci se dio cuenta de que toda la información necesaria para detectar las actividades de los factores de transcripción ya está encriptada en el genoma humano, y podría usarse para construir sensores. "Tras la activación, Estos miles de factores de transcripción diferentes se unen a su propia secuencia de ADN diana específica, ", dijo Ricci." Usamos estas secuencias como punto de partida para construir nuestros nuevos nanosensores ".

El avance clave que subyace a esta nueva tecnología provino de estudios de los biosensores naturales dentro de las células. "Todas las criaturas, de bacterias a humanos, monitorear sus entornos usando 'interruptores biomoleculares' - moléculas que cambian de forma hechas de ARN o proteínas, ", dijo Plaxco." Por ejemplo, en nuestros senos nasales, hay millones de proteínas receptoras que detectan diferentes moléculas de olor cambiando de un "estado apagado" a un "estado encendido". La belleza de estos interruptores es que son lo suficientemente pequeños para operar dentro de una celda, y lo suficientemente específico para trabajar en los entornos muy complejos que se encuentran allí ".

Inspirado por la eficiencia de estos nanosensores naturales, el grupo de investigación se asoció con Norbert Reich, también profesor en el Departamento de Química y Bioquímica de UCSB, para construir nanosensores de conmutación sintéticos utilizando ADN, en lugar de proteínas o ARN.

Específicamente, el equipo rediseñó tres secuencias de ADN naturales, cada uno reconociendo un factor de transcripción diferente, en interruptores moleculares que se vuelven fluorescentes cuando se unen a sus objetivos previstos. Usando estos sensores a escala nanométrica, los investigadores pudieron determinar la actividad del factor de transcripción directamente en extractos celulares simplemente midiendo su nivel de fluorescencia.

Los investigadores creen que esta estrategia permitirá en última instancia a los biólogos controlar la activación de miles de factores de transcripción, conduciendo a una mejor comprensión de los mecanismos subyacentes a la división y desarrollo celular. "Alternativamente, dado que estos nanosensores funcionan directamente en muestras biológicas, también creemos que podrían usarse para detectar y probar nuevos medicamentos que podrían, por ejemplo, inhibir la actividad de unión del factor de transcripción responsable del crecimiento de las células tumorales, "dijo Plaxco.