Progressi nelle applicazioni biomediche
Gli attuali sistemi di incapsulamento come le goccioline, i liposomi o i polimerosomi producono strutture con dimensioni che vanno da decine di nanometri a poche centinaia di micrometri. I capsidi naturali, strutture proteiche a gabbia sviluppate da alcuni virus, offrono un'importante alternativa per la compartimentazione. Anche alcune proteine hanno pori interni di forme ben definite che possono essere utilizzati come nanocompartimenti. La mutagenesi diretta permette di controllare le proprietà della singola proteina e/o la struttura del risultante capside. Alterare la carica di aminoacidi, o “supercaricare” la proteina, le conferisce nuove proprietà di superficie mantenendone la funzionalità. Una delle caratteristiche importanti delle proteine supercariche è la loro migliorata stabilità termica. Il progetto ACCARC (“Engineering of an artificial capsidic enzyme for aqueous dirhodium catalysis”) era dedicato a modificare la ferritina per trasformarla in un nanocompartimento funzionale. La ferritina è un complesso proteico globulare con cavità interne simmetriche che servono a immagazzinare il ferro sia nei procarioti che negli eucarioti. Utilizzando la progettazione al computer, la superficie esterna della ferritina è stata riprogrammata per produrre una nanogabbia supercaricata con carica positiva. La ferritina supercarica ottenuta era termostabile, e poteva legarsi efficacemente a superfici a carica negativa. Gli scienziati hanno utilizzato la nanogabbia di ferritina elaborata per sintetizzare nanoparticelle di ossido di ferro. Ciò ha permesso di monitorare la localizzazione spaziale delle nanogabbie in esperimenti di trasfezione. Si è scoperto che la ferritina supercarica viene rapidamente incorporata nelle cellule di un modello cellulare di cancro umano. Successivamente la ferritina supercarica è stata assemblata all'interno di una più grande nanogabbia proteica riprogettata, AaLS-13. AaLS-13 è mutante di lumazine sintasi di Aquifex aeolicus, un enzima costituente un capside, modificato per avere carica negativa, per il trasporto di un carico proteico caricato positivamente. Regolando le interazioni elettrostatiche tra la ferritina supercarica e AaLS-13, gli scienziati hanno ottenuto strutture nidificate. Queste strutture a matrioska contenevano diverse nanogabbie di ferritina supercarica, cariche di ferro, incapsulate all'interno della gabbia più grande. Il progetto ha aperto nuove possibilità verso la costruzione di strutture nanodimensionate come organelli o microcompartimenti artificiali.
