Da gel a sentinelle biologiche grazie a CRISPR

Su “Science” del 22 agosto alcuni ricercatori riferiscono che i materiali che cambiano forma potrebbero essere usati per produrre farmaci, e fare da “sentinelle” per quasi tutti i segnali biologici. Lo studio è stato diretto da James Collins, un bioingegnere del Massachusetts Institute of Technology a Cambridge.

La rivoluzione dei semi senza sesso

_{di Anna Meldolesi/CRISPerMANIA}

Il team di Collins ha lavorato con polimeri riempiti d'acqua tenuti insieme da fili di DNA, detti come idrogel a DNA. Per alterare le proprietà di questi materiali, il gruppo di Collins è ricorso a una forma di CRISPR che per tagliare il DNA usa un enzima chiamato Cas12a. (Per tagliare una sequenza di DNA nel punto desiderato, CRISPR-Cas9 usa invece l'enzima Cas9). Cas12a può essere programmato per riconoscere una specifica sequenza di DNA: l'enzima taglia il filamento di DNA nel punto bersaglio, e quindi singoli filamenti di DNA nelle sue vicinanze.

Questa proprietà ha permesso ai ricercatori di costruire una serie di idrogel controllati da CRISPR contenenti una sequenza di DNA bersaglio e singoli filamenti di DNA, che si rompono dopo che Cas12a ha riconosciuto la sequenza bersaglio in un certo stimolo. La rottura dei singoli filamenti di DNA innesca il cambiamento di forma degli idrogel o, in alcuni casi, il loro dissolvimento, con il conseguente rilascio rilascio di un carico utile.

Il gruppo ha creato idrogel programmati per rilasciare enzimi, farmaci e perfino cellule umane in risposta a specifici stimoli, per esempio come parte di una terapia. Collins spera che i gel possano essere usati per realizzare terapie intelligenti che rilascino, per esempio, farmaci antitumorali in presenza di un tumore, o antibiotici nel sito di un'infezione.

Obiettivi intelligenti
I ricercatori hanno anche integrato gli idrogel controllati da CRISPR in circuiti elettronici. In un approccio, li hanno inseriti all'interno di un piccolo dispositivo simile a un chip chiamato camera microfluidica, collegato a un circuito elettronico. Il circuito si è spento in risposta all'individuazione di materiale genetico proveniente da agenti patogeni come il virus Ebola e lo Staphylococcus aureusmeticillino-resistente (MRSA).

Arriva Sherlock, il test diagnostico dell’era CRISPR

_{di Anna Meldolesi/CRISPerMania}

Il team ha usato gli idrogel anche per sviluppare un prototipo di strumento diagnostico in grado di inviare un segnale wireless quando riconosce materiale genetico di Ebola in campioni di laboratorio. Quando un membro del team ha portato un rilevatore wireless in uno zaino è stato in grado di identificare i campioni positivi semplicemente passando davanti a loro.

Dan Luo, bioingegnere alla Cornell University a Ithaca, nello stato di New York, dice che gli idrogel CRISPR rappresentano un miglioramento rispetto ad altri idrogel reattivi perché permettono agli scienziati di determinare con grande facilità che cosa provoca un cambiamento nel materiale. Nei tentativi precedenti di creare idrogel intelligenti erano stati usati enzimi che non tagliavano specifiche sequenze di DNA o ne tagliavano solo un piccolo numero, limitandone l'adattabilità.

"Oggi siamo nell'era di CRISPR", dice Collins. "Ha preso il controllo della biologia e della biotecnologia. Abbiamo dimostrato che può fare incursioni nel campo dei materiali e dei biomateriali."

-------------------------
(L'originale di questo articolo è stato pubblicato su "Nature" il 22 agosto 2019. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)