Unire CRISPR con l’identificazione delle cellule tramite mini biomagneti per rivelare nuovi bersagli farmacologici per il cancro e la medicina rigenerativa
Gli screening genomici delle cellule servono per identificare i principali regolatori genetici di un determinato fenotipo (cioè l’insieme delle caratteristiche che un organismo manifesta) di interesse e le eventuali mutazioni, o segnali, inserite dai ricercatori per riconoscerle. Tuttavia, il processo richiede l’analisi di un gran numero di cellule, cosa che aumenta i tempi operativi e limita la vitalità delle cellule stesse. Un dispositivo portatile simile a un chip, che sfrutta dei minuscoli magneti per individuare le cellule in cui Crispr-Cas9 ha introdotto la modifica voluta, potrebbe essere la soluzione. Si tratta del MICS (MIcrofluidic Cell Sorting), un metodo che coniuga ingegneria e genetica, e che permetterà ai ricercatori di accelerare i tempi di analisi del genoma e delle proteine per trovare nuovi obiettivi farmacologici. Lo studio, pubblicato a fine settembre su Nature Biomedical Engineering, è stato condotto presso la l’Università di Toronto.
I ricercatori hanno usato Crispr-Cas9 sulle cellule per “spegnere” ciascuno dei 20 mila geni umani e per valutarne gli effetti, tra cui l’influenza sulla diffusione del cancro. Questo può rivelare importanti target a livello del DNA e delle proteine che potrebbero essere presi di mira per arrestare il cancro. Purtroppo, nel processo di editing genomico, si formano popolazioni cellulari miste, cioè non tutte acquisiscono la mutazione voluta. Anzi, di solito solo una piccola percentuali di cellule sono modificate, e queste devono essere identificate e isolate dalle altre per proseguire gli studi. Il metodo standard prevede l’utilizzo della fluorescenza, dato che le cellule vengono “marchiate” con una molecola fluorescente, che è rilevabile solo se è avvenuta la modifica. Si tratta di una procedura che richiede 20-30 ore di lavoro, che possono diventare 60 minuti grazie al MICS. Nella sperimentazione, infatti, i ricercatori sono stati in grado di analizzare cento milioni di cellule in un’ora, superando di molto i risultati che si ottengono con il metodo standard. MICS funziona più velocemente grazie ai magneti progettati per legarsi alla proteina bersaglio e questo lascia le cellule cosparse di minuscole particelle magnetiche. Il dispositivo, delle dimensioni di una bustina di zucchero, ha delle strisce di materiale magnetico sulla sua superficie che servono quindi per far migrare le cellule da una estremità all’altra. Una volta raggiunta l’estremità, le cellule cadono in canali di raccolta distinti in base alla quantità di particelle magnetiche che trasportano, dato che queste ultime indicano anche la quantità di proteina di interesse presente.
Nella sperimentazione i ricercatori si sono focalizzati sull’immunoterapia antitumorale – in cui le cellule del sistema immunitario sono ingegnerizzate e modificate per attaccare e distruggere le cellule tumorali - per cercare di capire se questa nuova tecnica potrebbe essere utile per l’identificazione di nuove molecole farmacologiche. L’obiettivo scelto è la proteina CD47, responsabile della sopravvivenza delle cellule tumorali in quanto invia “segnali di non distruzione” al sistema immunitario. Inoltre, alcuni ricercatori hanno scoperto che è dannoso bloccare completamente l’attività di questa proteina, per cui sarebbe ottimale trovare il modo per regolare i livelli di CD47. Uno screening genomico, fatto utilizzando CRISPR per accendere e spegnere meccanismi di regolazione cellulare, ha puntato l’attenzione sul gene QPCTL (Glutaminyl-Peptide Cyclotransferase Like gene), che codifica un enzima – la glutaminil-peptide ciclotransferasi – responsabile di aiutare CD47 a sfuggire dal sistema immunitario. Questo gene potrebbe diventare il target di un farmaco in grado di ingannare il sistema immunitario e di eliminare il tumore.
Anche se la sperimentazione è ancora all’inizio, i ricercatori sono fiduciosi nel potenziale di questa tecnica e stanno lanciando il progetto PEGASUS (Phenotypic Genomic Screening at Scale): una collaborazione tra più laboratori per ampliare l’utilizzo e le applicazioni di questa tecnologia. Per quanto riguarda la medicina rigenerativa, MICS potrebbe rivelare i geni che inducono le cellule staminali a trasformarsi in cellule specializzate, semplificando la scelta delle staminali da utilizzare per i vari scopi.
MICS è un metodo efficace di screening genico, può essere utilizzato su differenti tipi di cellule e potrà ampliare l’applicabilità dello screening fenotipico su larga scala, permettendone l’utilizzo anche su tipi cellulari delicati, che con i metodi standard perdono vitalità. Ci sono ancora dei limiti e la tecnica va ottimizzata, ma le prospettive sono piuttosto interessanti.
