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Programação de DNA para administrar medicamentos contra o câncer

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O DNA tem um trabalho importante – diz às células que proteínas produzir. Agora, uma equipe de pesquisa da Universidade de Delaware desenvolveu tecnologia para programar filamentos de DNA em interruptores que ligam e desligam proteínas.

O Wilfred Chen Group da UD descreve seus resultados em um artigo publicado na segunda-feira, 12 de março, na revista Nature Chemistry . Essa tecnologia pode levar ao desenvolvimento de novas terapias contra o câncer e outras drogas.

Computando com DNA

Este projeto entra em um campo emergente conhecido como computação de DNA. Dados que comumente enviamos e recebemos no dia a dia, como mensagens de texto e fotos, utilizam código binário, que tem dois componentes – uns e zeros. O DNA é essencialmente um código com quatro componentes, os nucleotídeos guanina, adenina, citosina e timina. Nas células, o arranjo desses quatro nucleotídeos determina a saída – as proteínas produzidas pelo DNA. Aqui, os cientistas reaproveitaram o código do DNA para projetar circuitos de DNA controlados por lógica.

“Depois que projetamos o sistema, tivemos que primeiro ir ao laboratório e anexar esses filamentos de DNA a várias proteínas que queríamos controlar”, disse a autora do estudo Rebecca P. Chen, aluna de doutorado em engenharia química e biomolecular ( nenhuma relação com Wilfred Chen). Os filamentos de ADN desenhados por sequência personalizada foram encomendados a um fabricante enquanto as proteínas eram feitas e purificadas no laboratório. Em seguida, a proteína foi anexada ao DNA para formar conjugados proteína-DNA.

O grupo então testou os circuitos de DNA em bactérias E. coli e células humanas. As proteínas-alvo organizadas, montadas e desmontadas de acordo com seu design.

“Trabalhos anteriores mostraram quão poderosa a nanotecnologia de DNA poderia ser, e sabemos quão poderosas são as proteínas dentro das células”, disse Rebecca P. Chen. “Nós conseguimos ligar os dois juntos.”

Aplicações para entrega de medicamentos

A equipe também demonstrou que seus dispositivos de lógica de DNA poderiam ativar um pró-fármaco não tóxico para o câncer, a 5-fluorocitosina, em sua forma quimioterápica tóxica, o 5-fluorouracil. Pró-fármacos contra o câncer são inativos até serem metabolizados em sua forma terapêutica. Nesse caso, os cientistas projetaram circuitos de DNA que controlavam a atividade de uma proteína que era responsável pela conversão do pró-fármaco em sua forma ativa. O circuito de DNA e a atividade da proteína foram ativados por entradas de seqüência específica de RNA / DNA, enquanto na ausência das referidas entradas o sistema permaneceu “desligado”.

Para fazer isso, os cientistas basearam suas sequências de entrada no microRNA, pequenas moléculas de RNA que regulam a expressão gênica celular. MicroRNA em células cancerígenas contém anomalias que não seriam encontradas em células saudáveis. Por exemplo, certos microRNA estão presentes em células cancerígenas, mas ausentes em células saudáveis. O grupo calculou como os nucleotídeos deveriam ser organizados para ativar o pró-fármaco cancerígeno na presença de microRNA de câncer, mas permanecer inativo e não-tóxico em um ambiente não canceroso onde o microRNA está ausente. Quando os microRNAs do câncer estavam presentes e eram capazes de ativar o circuito do DNA, as células eram incapazes de crescer. Quando o circuito foi desligado, as células cresceram normalmente.

Essa tecnologia pode ter amplas aplicações não apenas para outras doenças além do câncer, mas também para além do campo biomédico. Por exemplo, a equipe de pesquisa demonstrou que sua tecnologia poderia ser aplicada à produção de biocombustíveis, utilizando sua tecnologia para guiar uma cascata enzimática, uma série de reações químicas, para decompor uma fibra vegetal.

Usando a tecnologia recém-desenvolvida, os pesquisadores podem direcionar qualquer sequência de DNA de sua escolha e anexar e controlar qualquer proteína que desejarem. Algum dia, os pesquisadores poderiam “ligar e usar” o DNA programado em uma variedade de células para lidar com uma variedade de doenças, disse o autor do estudo Wilfred Chen, professor de engenharia química da Gore.

“Isso é baseado em um conceito muito simples, uma combinação lógica, mas nós somos os primeiros a fazê-lo funcionar”, disse ele. “Ele pode abordar uma ampla gama de problemas, o que o torna muito intrigante.”

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