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Single Cell Electroporation and DNA dynamics: from bulk to micro/nanofluidics

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Analisi meccanicistica dell’elettroporazione

La terapia genica rappresenta un approccio molto promettente per la distribuzione di geni terapeutici nelle cellule, ma il rilascio di DNA mediante elettroporazione necessita di una sostanziale ottimizzazione.

Ricerca di base

Attualmente, i virus sono i vettori più efficienti per il trasferimento di geni, ma la loro applicazione negli esseri umani solleva molte preoccupazioni a livello di sicurezza. Il rilascio di DNA nudo nelle cellule viventi, per applicazioni di terapia genica, è probabilmente la più sicura alternativa a vettori e metodi di rilascio chimico convenzionali. Tuttavia, la membrana cellulare che circonda le cellule è impermeabile alle grandi biomolecole, quali plasmidi e DNA. L’elettroporazione è stata proposta come tecnica per migliorare la permeabilità cellulare e il rilascio intracellulare di geni, sottoponendo le cellule a impulsi di campo elettrico. Tuttavia, si tratta di una tecnica grezza e inefficiente, la quale soffre di bassa efficienza di trasfezione, assorbimento casuale ed eccessivo danno cellulare. Migliorando la comprensione circa la formazione delle cellule e l’elettrotrasferimento di DNA, sarà possibile ottimizzare l’approccio per applicazioni sugli esseri umani. Il progetto NANOEP finanziato dall’UE ha lavorato per ottenere una conoscenza approfondita dei meccanismi molecolari alla base dell’elettroporazione, in merito alla membrana cellular. I ricercatori hanno sviluppato tecniche per singola molecola con alta risoluzione spazio-temporale, allo scopo di studiare il trasporto di biomolecole come il DNA. L’idea era quella di studiare il meccanismo di elettroporazione e il flusso elettrocinetico del DNA su micro/nanoscala di grandezza, per diverse scale di lunghezza e temporali. Sono state sviluppate nuove piattaforme per l’elettroporazione con canale caratterizzato da grandezza nanometrica, al fine di rilasciare quantità precise di farmaco nelle cellule viventi e ottenere dispositivi per lo studio della risposta subcellulare, in presenza di forze esterne. Inoltre, per studiare l’elettroporazione a livello microscopico, gli scienziati hanno utilizzato dispositivi micro/nanofluidici per manipolare le membrane cellulari. Con l’aiuto di modelli cellulari semplificati e tecniche di microscopia, è stato osservato con successo il processo molecolare che sta dietro l’elettroporazione. Attualmente, è presente un grande interesse per lo sviluppo di nuovi metodi di rilascio sicuro ed efficiente del DNA, all’interno delle cellule viventi. I risultati del progetto NANOEP aiutano a comprendere i principi dell’elettroporazione e dell’elettrotrasferimento del DNA. Questi risultati potrebbero essere utilizzati per sviluppare nuove strategie per il rilascio di geni non virali, su applicazioni biologiche e biomediche fondamentali.

Parole chiave

Elettroporazione, terapia genica, rilascio di DNA, NANOEP, nanofluidico

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