Ricerca

Aperta la strada verso l’immunoterapia per il diabete

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Gli ingegneri sviluppano un nuovo strumento che consentirà terapie cellulari più personalizzate

Un nuovo approccio quantitativo offre a scienziati e ingegneri un maggiore controllo sul processo di modifica del DNA

Un team di Twin Cities dell’Università del Minnesota ha, per la prima volta, sviluppato un nuovo strumento per prevedere e personalizzare il tasso di un tipo specifico di modifica del DNA chiamato “ricombinazione sito-specifica”. La ricerca apre la strada a terapie genetiche e cellulari più personalizzate ed efficienti per malattie come il diabete e il cancro.

Lo studio è pubblicato su  Nature Communications una rivista scientifica multidisciplinare peer-reviewed che copre le scienze naturali.

Il processo di ricombinazione sito-specifica prevede l’utilizzo di enzimi che riconoscono e modificano specifiche sequenze di DNA nelle cellule viventi. Ha importanti applicazioni per il trattamento di una miriade di malattie mediante terapie cellulari.

L’immunoterapia, ad esempio, comporta l’estrazione di cellule immunitarie da un paziente e la loro modifica genetica per combattere una malattia come il cancro. In queste applicazioni, è importante controllare con precisione i tempi dell’espressione genica per massimizzare gli effetti del trattamento riducendo al minimo le reazioni avverse nel corpo.

  1. Gli ingegneri dell’Università del Minnesota hanno sviluppato un metodo che combina esperimenti ad alto rendimento con un modello di apprendimento automatico per rendere il processo di ricombinazione specifico del sito più efficiente e prevedibile. Il modello consente ai ricercatori di programmare la velocità con cui il DNA viene modificato. Ciò significa che possono controllare la velocità con cui una cellula terapeutica risponde al suo ambiente, controllando così la velocità o la lentezza con cui produce un farmaco o una proteina terapeutica.

“Per quanto ne sappiamo, questo è il primo esempio di utilizzo di un modello per prevedere come la modifica di una sequenza di DNA può controllare il tasso di ricombinazione sito-specifica”, ha affermato Casim Sarkar, autore senior dell’articolo e professore associato all’Università del Minnesota. Dipartimento di ingegneria biomedica delle città gemelle. “Applicando i principi ingegneristici a questo problema, possiamo regolare la velocità con cui avviene l’editing del DNA e utilizzare questa forma di controllo per personalizzare le risposte cellulari terapeutiche. Il nostro studio ha anche identificato nuove sequenze di DNA che sono ricombinate in modo molto più efficiente rispetto a quelle che si trovano in natura, che possono accelerare i tempi di risposta cellulare”.

  1. Sarkar e il suo team hanno prima sviluppato un metodo sperimentale per calcolare il tasso di ricombinazione sito-specifica, quindi hanno utilizzato tali informazioni per addestrare un algoritmo di apprendimento automatico. In definitiva, ciò consente ai ricercatori di digitare semplicemente una sequenza di DNA e il modello prevede la velocità con cui quella sequenza di DNA verrà ricombinata.

Hanno anche scoperto che potrebbero utilizzare la modellazione per prevedere e controllare la produzione simultanea di più proteine ??all’interno di una cellula. Questo potrebbe essere utilizzato per programmare le cellule staminali per produrre nuovi tessuti o organi per applicazioni di medicina rigenerativa o per dotare le cellule terapeutiche della capacità di produrre più farmaci in proporzioni predefinite.

“Pazienti diversi possono richiedere dosi diverse o una risposta cellulare più veloce o più lenta, non tutti sono uguali”, ha spiegato Sarkar. “Costruendo circuiti genetici all’interno di cellule che utilizzano sequenze multiple di DNA con velocità di ricombinazione diverse e definite, ora possiamo ottenere cose che erano difficili da fare in precedenza, come i rapporti di programma della produzione di proteine ??nelle cellule terapeutiche. Il nostro approccio razionale consente un trattamento personalizzato per il paziente”.

Questa ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health.

Oltre a Sarkar, il gruppo di ricerca comprendeva i ricercatori del Dipartimento di ingegneria chimica e scienza dei materiali dell’Università del Minnesota Qiuge Zhang, una studentessa di dottorato recentemente laureata, e Samira Azarin, una professoressa associata.

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