Origami di DNA: vaccini più efficaci grazie alle nanotecnologie

dna origami

Con origami si intende l'arte di piegare la carta per ottenere forme di straordinaria complessità e bellezza. Ma esiste anche un tipo di origami così piccoli da non poter essere visti a occhio nudo: ovviamente, non sono fatti di carta. Nel mondo molecolare, si chiamano “origami” le complesse nano-strutture composte da molecole di DNA. I ricercatori dell'Istituto Karolinska in Svezia hanno combinato l’immunoterapia con queste meraviglie della nanotecnologia per realizzare dei vaccini basati su particelle.

Cosa c'è di tanto speciale nel DNA? La complementarietà tra le sue basi azotate, la versatilità, la biocompatibilità e la possibilità di produzione su larga scala, sono tutte caratteristiche che rendono il DNA un candidato perfetto per "costruire".

Costruire…cosa?

Gli origami di DNA sono strutture bidimensionali o tridimensionali generate dal ripiegamento del DNA su scala nanoscopica (un nanometro misura 10-9 metri !!), con una varietà di applicazioni...a parte creare stelle, triangoli e faccine sorridenti come quelle nell'immagine.

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Le singole forme di DNA possono essere indotte ad auto-assemblarsi in "nano-macchine" per l’esecuzione di determinati compiti in maniera automatizzata, oppure in "nano-gabbie" per il trasporto dei farmaci a specifici distretti del corpo.  Possono anche funzionare come biosensori, per intercettare la presenza di molecole di interesse nell’organismo, permettendo la diagnosi precoce o il monitoraggio di malattie. Ma tra le tante applicazioni, quella esplorata in questo studio è l’utilizzo di "nano-impalcature" di DNA che consentano di posizionare altre molecole con precisione nanometrica.

Come progettare un vaccino a base di particelle?

Una nano-impalcatura è proprio quello che occorre per generare un buon vaccino a base di particelle, una tecnologia sempre più utilizzata tra i vaccini di nuova generazione.

Un vaccino è composto da una o più parti del bersaglio che si vuole contrastare, i cosiddetti antigeni. A quanto pare, buoni risultati si ottengono fissando gli antigeni sulla superficie di una nano-particella, secondo una disposizione precisa e rigorosa. Schemi molecolari rigidamente organizzati sono infatti comuni in natura e il sistema immunitario possiede una capacità unica di reagire contro queste strutture. Gli sforzi sono dunque concentrati sulla realizzazione dello schema spaziale migliore, che stimoli la risposta immunitaria più forte. Ma perché è così importante che gli antigeni siano disposti in un certo modo?

Gli anticorpi sono tra le molecole maggiormente responsabili della risposta immunitaria. Sono tipicamente a forma di Y, con i siti di legame dell'antigene situati sulle braccia corte. Di conseguenza, un anticorpo è in grado di legare due antigeni contemporaneamente, massimizzando la risposta, ma solo se sono alla distanza "giusta": qualora siano troppo vicini o troppo distanti, un singolo anticorpo potrebbe non riuscire ad interagire con entrambi nello stesso momento. Quando si assemblano gli antigeni sulla superficie di un vaccino particellare, bisogna sapere che solo quelli distanziati in maniera ottimale susciteranno la risposta immunitaria migliore.

Gli origami di DNA hanno permesso di fabbricare delle minuscole superfici o “impalcature”, su cui si sono potuto posizionare gli antigeni reciprocamente, con una precisione al nanometro. È stata quindi misurata la capacità dei vari anticorpi di interagire con questi antigeni. Lo studio ha contribuito a definire la distanza ottimale tra due antigeni così che possano essere legati contemporaneamente dallo stesso anticorpo, e oscilla tra 3 e 17 nanometri. Sarebbe stato impossibile ottenere un risultato così preciso con qualunque altro metodo. Le nanotecnologie a DNA costituiscono un approccio completamente rivoluzionare per la progettazione di vaccini e anticorpi di nuova generazione contro varie malattie, incluso il cancro.

Erika Salvatori

Fonte:
Shaw, A., et al. (2019) Binding to nanopatterned antigens is dominatedby the spatial tolerance of antibodies. Nature nanotechnology.

Tags: Origami di DNA nanotecnologie

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