Raggiunto un traguardo significativo, i ricercatori della Penn State sono riusciti a creare il primo agente di nanocalcolo basato su proteine, che funziona come un circuito. Questo importante passo avvicina gli scienziati allo sviluppo di terapie cellulari innovative per combattere malattie come il diabete e il cancro. A differenza degli approcci convenzionali della biologia sintetica per le terapie cellulari, che si basano sull’espressione o soppressione delle proteine per ottenere azioni specifiche all’interno delle cellule, i ricercatori della Penn State stanno adottando un approccio innovativo. Stanno ingegnerizzando proteine in grado di produrre direttamente l’azione desiderata, creando così dispositivi basati su proteine o agenti di nano-informatica che rispondono direttamente agli stimoli e generano un’azione desiderata come risultato.
Nel loro studio, pubblicato su Science Advances il 26 maggio, il professor Alexey Dokholyan e il dottorando Jiaxing Chen del Penn State College of Medicine e dell’Huck Institute of the Life Sciences hanno descritto il loro approccio alla creazione di questo agente di nano-computing. Hanno ingegnerizzato una proteina bersaglio integrando due domini sensoriali, ossia regioni in grado di rispondere agli stimoli. In particolare, la proteina bersaglio sviluppata risponde alla luce e a un farmaco chiamato rapamicina, regolando la sua posizione nello spazio. Per testare il loro progetto, i ricercatori hanno introdotto la proteina ingegnerizzata in cellule vive in coltura. Successivamente, esponendo queste cellule agli stimoli, hanno utilizzato strumenti di misurazione per rilevare i cambiamenti nell’orientamento cellulare dopo l’esposizione ai domini sensoriali.
In precedenza, il loro agente di nanocalcolo richiedeva due input per produrre un output. Tuttavia, secondo Chen, ora ci sono due possibili output e l’ordine in cui vengono ricevuti gli input determina l’output risultante. Se la rapamicina viene rilevata per prima, seguita dalla luce, la cellula assume un determinato orientamento. Tuttavia, se gli stimoli vengono ricevuti nell’ordine inverso, la cellula adotta un orientamento diverso. Chen afferma che questa dimostrazione sperimentale di concetto apre la strada allo sviluppo di agenti di nanocomputing più complessi. Afferma inoltre che potenziali input fisici o chimici potrebbero essere incorporati in un agente di nano-computing, generando una vasta gamma di output come cambiamenti nel comportamento cellulare, direzione cellulare, migrazione, modifiche nell’espressione genica e citotossicità delle cellule immunitarie nei confronti delle cellule tumorali.
Il team di ricerca prevede di continuare a sviluppare ulteriormente i propri agenti di nanocalcolo e di esplorare diverse applicazioni di questa tecnologia promettente. Il professor Dokholyan, che lavora presso il Penn State Cancer Institute e il Penn State Neuroscience Institute, ha affermato che il loro concetto potrebbe un giorno diventare la base delle terapie cellulari di prossima generazione per un’ampia gamma di malattie, come malattie autoimmuni, infezioni virali, diabete, lesioni nervose e cancro. Questo progresso nella progettazione di agenti di nanocalcolo basati su proteine potrebbe aprire nuove strade per affrontare le sfide mediche del futuro.
