Nanoparticelle d’oro, così migliora il “taglia e cuci” genetico / Nanoparticles of gold, thus improving the "cut and paste" genetic.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Joseph Cotellessa

Una strategia innovativa per migliorare l’efficacia della tecnica di editing del genoma Crispr-Cas9, messa a punto da un gruppo di ricerca statunitense. Ecco come funziona.

Utilizzare le nanoparticelle d’oro per migliorare l’efficacia di Crispr-Cas9, la tecnica per permette di modificare in modo mirato, “tagliando e cucendo”, il DNA. È la strategia adottata da un team di scienziati dell’Università del Massachusetts, negli Usa, che hanno pubblicato la loro innovazione su ACS Nano. Ne parliamo con Lina Ghibelli, docente di Nanobiotecnologie dell’Università di Roma Tor Vergata.

Come funziona Crispr-Cas9 e quali sono i limiti della tecnica?

“La tecnica Crispr-Cas9 funziona utilizzando un frammento di RNA complementare alla sequenza di DNA che si vuole modificare, e un enzima, il Cas9 appunto, responsabile del taglio. Il sistema Crispr-Cas9, grazie ai meccanismi di riparazione del DNA presenti nella cellula, può così modificare la sequenza bersaglio del genoma attraverso un meccanismo di ‘taglia e cuci’. Alcuni di questi meccanismi di ricucitura introducono ‘errori’ nella sequenza, che inattivano il gene. È possibile anche ricucire, nella zona di taglio, sequenze desiderate. Grazie a questa strategia, si possono quindi studiare l’effetto dell’introduzione di determinate mutazioni ma anche curare malattie genetiche. Ma le applicazioni cliniche di questa tecnica sono ostacolate dalla incapacità del complesso ‘Rna guida+Cas9’ di entrare nella cellula bersaglio per esercitare la sua attività terapeutica in vivo. Questi ostacoli dipendono da proprietà intrinseche del complesso, come la carica negativa e la bassa capacità di penetrare la membrana cellulare”.

Come è possibile superare questo ostacolo?

“I ricercatori americani, per esempio, propongono una strategia nuova di ‘impacchettamento’ dei componenti del sistema Crispr in nanoparticelle d’oro, delle dimensioni di circa 500 nanometri (0,5 millesimi di mm). Questo sofisticato nano-congegno riesce a penetrare la membrana cellulare senza danneggiare le cellule e rapidamente rilascia il frammento di RNA e Cas9 in forma altamente attiva. Questa strategia permette una consegna diretta all’interno delle cellule, migliorando l’efficacia di editing del genoma”.

L’uso delle nanoparticelle d’oro come veicolo potrebbe creare dei problemi?

“Le nanoparticelle d’oro sono estremamente versatili e si prestano molto bene alle esigenze di formare nanovettori ad altissima complessità, per cui stanno diventando lo strumento di elezione come veicoli in nanomedicina. Finora le analisi tossicologiche non hanno evidenziato rischi connessi all’uso biomedico, ma si deve considerare che sono particelle inorganiche, non biodegradabili, e l’effetto di un loro accumulo nell’organismo è ancora da verificare. Esistono alternative, come ad esempio nano-vescicole lipidiche o polimeri organici, che per loro natura sono biodegradabili e totalmente biocompatibili. Sarà interessante verificare se saranno sufficientemente versatili anche in questo caso”.

ENGLISH

An innovative strategy to improve the effectiveness of the genome editing technique CRISPR-Cas9, developed by a US research group. Here's how it works.

Use the gold nanoparticles to improve the effectiveness of CRISPR-Cas9, the technique allows to change in a targeted manner, "cutting and sewing" the DNA. It is the strategy adopted by a team of scientists from the University of Massachusetts, in the US, who have published their innovation of ACS Nano. We spoke with Lina Ghibelli, Nanobiotechnology professor at the University of Rome Tor Vergata.

How does CRISPR-Cas9 and what are the technical limitations?

"The CRISPR-Cas9 technique works by using a fragment of RNA complementary to the DNA sequence to be modified, and an enzyme, the Cas9 in fact, responsible for the cut. The CRISPR-Cas9 system, thanks to DNA repair mechanisms present in the cell, can alter the target sequence of the genome through a 'cut and paste' mechanism. Some of these mechanisms mending introduce 'errors' in the sequence, which inactivate the gene. It is also possible to mend, in the cutting zone, desired sequences. With this strategy, we can then study the effect of the introduction of certain mutations but also cure genetic diseases. But the clinical applications of this technique is hampered by the inability of the 'guide RNA complex Cas9 +' from entering into the target cell to exert its therapeutic activity in vivo. These obstacles depend on the intrinsic properties of the complex, as the negative charge and the low ability to penetrate the cell membrane ".

How do you overcome this obstacle?

"The American researchers, for example, propose a new strategy of 'packaging' of the components of the CRISPR system of gold nanoparticles, the size of about 500 nanometers (0.5 thousandths of a millimeter). This sophisticated nano-device is able to penetrate the cell membrane without damaging the cells and quickly releases the RNA fragment and Cas9 in highly active form. This strategy allows for direct delivery into cells, enhancing the effectiveness of genome editing ".

The use of gold nanoparticles as a vehicle could do some that problems?

"The gold nanoparticles are extremely versatile and are well suited to the needs of forming nanocarriers extremely complex, so are becoming the tool of choice as vehicles in nanomedicine. So far the toxicological analyzes showed no risks associated with the use biomedical, but it must be considered that are inorganic particles, non-biodegradable, and the effect of their accumulation in the body is yet to be verified. There are alternatives, such as nano-lipid vesicles or organic polymers, which by their nature are totally biodegradable and biocompatible. It will be interesting to see if they are in this case sufficiently versatile. "

Da:

http://www.galileonet.it/2017/04/nanoparticelle-oro-crispr-genetica/?utm_campaign=Newsatme&utm_content=Nanoparticelle%2Bd%E2%80%99oro%2C%2Bcos%C3%AC%2Bmigliora%2Bil%2B%E2%80%9Ctaglia%2Be%2Bcuci%E2%80%9D%2Bgenetico&utm_medium=news%40me&utm_source=mail%2Balert