Questi minuscoli sensori possono rilevare precocemente il cancro
Una nuova ricerca utilizza nanosensori per rilevare le interazioni proteina-proteina che possono segnalare il cancro. I risultati possono rivelarsi particolarmente utili per identificare la leucemia linfocitica molto prima.
Il cancro è una delle principali cause di morte sia negli Stati Uniti che nel mondo. Secondo il National Cancer Institute, nel 2012 ci sono stati più di 8 milioni di decessi correlati al cancro in tutto il mondo e oltre 600.000 persone negli Stati Uniti potrebbero morire a causa della malattia nel 2018.
La diagnosi precoce di questa malattia pericolosa per la vita è fondamentale e gli scienziati medici sono al lavoro per ideare metodi più nuovi ed efficaci per diagnosticare il cancro il prima possibile.
Ora, una nuova ricerca utilizza minuscoli sensori per rilevare piccoli cambiamenti molecolari che possono essere indicativi di cancro.
Liviu Movileanu, professore di fisica presso il College of Arts and Sciences della Syracuse University di New York, insieme ad Avinash Kumar Thakur, ricercatore di dottorato in fisica a Syracuse, dettaglia il ruolo di questi nanosensori in un articolo apparso sulla rivista Nature Biotechnology.
Come spiega il Prof. Movileanu, i nanosensori possono essere particolarmente utili per rilevare la leucemia linfocitica, una forma di cancro che inizia nel midollo osseo e si diffonde nel sangue.
Negli Stati Uniti, è probabile che nel 2018 si verifichino quasi 21.000 nuovi casi di leucemia linfocitica e di conseguenza più di 4.500 persone potrebbero morire.
Come funzionano i nanosensori
I nanosensori originari del laboratorio del Prof. Movileanu possono rilevare le cosiddette interazioni proteina-proteina (PPI), cioè processi essenziali per lo sviluppo delle cellule.
Il cosiddetto interattoma si riferisce alla "mappa completa delle interazioni proteiche che possono verificarsi in un organismo vivente". L'interattomica - o mappatura dell'interattoma, utilizzando tecniche tecnologiche e computazionali all'avanguardia - è un fiorente sottocampo della biofisica che studia le conseguenze di queste interazioni.
Gli IPP dipendono da una varietà di fattori, come il tipo di cellula, il suo stadio di sviluppo e le condizioni ambientali. Alcuni PPI sono stabili, ma altri sono transitori.
Ad esempio, le interazioni necessarie per attivare l'espressione genica o quelle che influenzano la segnalazione cellulare e lo sviluppo delle cellule tumorali sono transitorie, il che significa che durano solo circa un millisecondo.
La natura fugace di questi PPI li rende difficili da rilevare con i metodi attualmente disponibili.
Tuttavia, i nanosensori provenienti dal laboratorio del Prof. Movileanu aggirano questo ostacolo creando una piccola apertura nella membrana cellulare attraverso la quale passa la corrente elettrica.
Quando le proteine passano attraverso queste piccole aperture o nanopori, cambiano l'intensità della corrente elettrica. Questi cambiamenti rivelano l'identità e le proprietà di ciascuna proteina.
"I dati raccolti da un singolo campione di proteine sono immensi", afferma il prof. Movileanu, che ha conseguito il dottorato di ricerca. in fisica sperimentale presso l'Università di Bucarest in Romania ed è attualmente membro del gruppo di ricerca biofisica e biomateriali del Dipartimento di Fisica di Siracusa.
"Le nostre nanostrutture ci consentono di osservare gli eventi biochimici in modo sensibile, specifico e quantitativo", prosegue il ricercatore. "Successivamente, possiamo fare una solida valutazione su un singolo campione di proteine".
"La conoscenza dettagliata del genoma umano ha aperto una nuova frontiera per l'identificazione di molte proteine funzionali coinvolte in brevi associazioni fisiche con altre proteine", continua il ricercatore.
“Le principali perturbazioni nella forza di questi IPP portano a condizioni di malattia. A causa della natura transitoria di queste interazioni, sono necessari nuovi metodi per valutarle ".
Il fisico spiega anche come i meccanismi di rilevamento finemente sintonizzati dei suoi nanosensori possano aiutare a combattere il cancro.
"Se sappiamo come funzionano le singole parti di una cellula, possiamo capire perché una cellula devia dalla normale funzionalità verso uno stato simile a un tumore [...] I nostri piccoli sensori possono fare grandi cose per lo screening dei biomarcatori, il profilo delle proteine e il grande studio su scala delle proteine [noto come proteomica]. "
Prof. Liviu Movileanu
Il Prof. Movileanu spera che i suoi nanosensori saranno particolarmente utili per rilevare la leucemia linfocitica, una condizione in cui le cellule del sangue non maturano e muoiono normalmente, ma "si accumulano nel midollo osseo e eliminano le cellule normali e sane".
