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Combattere il cancro riprogrammando le cellule maligne

Il sistema di editing genetico CRISPR-Cas9 può essere usato per creare circuiti biologici sintetici che interferiscono con il sistema di comunicazione cellulare. In linea di principio si può così riprogrammare una cellula cancerosa in modo che rallenti il suo tasso di proliferazione in presenza di segnali che di norma invece stimolano la crescita tumorale.

Modificando il sistema di editing del DNA CRISPR-Cas9 è possibile costruire veri e propri circuiti biologici di controllo dell’espressione genica che in linea di principio potrebbero essere usati per combattere il cancro. Grazie a questi circuiti un gruppo di ricerca è riuscito in un test di controllo su topi a “riprogrammare” cellule tumorali, inducendole a rallentare il loro tasso di proliferazione. Va sottolineato che allo stato attuale questi esperimenti hanno come scopo solo la validazione della tecnica di costruzione di quei circuiti cellulari e non si prefiggono applicazioni cliniche.cancer_cells

Il metodo è stato messo a punto da ricercatori dell’Università di Shenzhen, in Cina, che lo descrivono in un articolo pubblicato su “Nature Methods”.

All’interno e fra le cellule di ogni organismo multicellulare c’è un complesso sistema di segnalazione, che permette alla cellula di attivare o disattivare diversi gruppi di geni. La cellula cioè “prende decisioni” sulla base di una molteplicità di segnali provenienti sia dall’esterno sia dal proprio interno, che elabora come un computer.

Numerosi gruppi di ricerca hanno teorizzato la possibilità di intervenire su diverse malattie, innanzitutto su quelle tumorali, inserendo nelle cellule patologiche circuiti di controllo capaci di interferire con il sistema cellulare di comunicazione e modificarne il funzionamento. Tuttavia, questo approccio si è finora scontrato con la mancanza di dispositivi sintetici microscopici per il rilevamento e l’elaborazione dei segnali biologici che fossero in grado di interfacciarsi in modo efficiente con l’apparato cellulare.

Yuchen Liu e colleghi sono ora riusciti ad apportare una serie di modifiche a una componente del sistema CRISPR-Cas9 – e precisamente al frammento di filamento di RNA che guida il sistema sul proprio obiettivo – che permettono la creazione di questo tipo di interfaccia con i sistemi di segnalazione cellulare. CRISPR-Cas9 è un complesso molecolare che permette di tagliare con una precisione senza precedenti la doppia elica del DNA grazie a un piccolo filamento di RNA che lo guida verso il punto desiderato. Finora è stato usato per disattivare singoli geni o, insieme ad altri accorgimenti, cambiarne leggermente la sequenza.

Variando il tipo di modifica, è possibile creare differenti tipi di interfaccia CRISPR-Cas9, ciascuna delle quali si comporta come una diversa “porta logica” che ha come segnale in ingresso (input) uno o più segnali cellulari e in uscita (output) un altro segnale. I ricercatori, per esempio, hanno creato una porta NOT che a fronte di un segnale che stimola l’attivazione di un gene produce un nuovo segnale che tende invece a silenziarlo, e analogamente per le porte logiche AND e OR.


Componendo variamente un certo numero di queste porte logiche CRISPR-Cas9 è possibile creare circuiti che riprogrammano la reazione della cellula in presenza di segnali che normalmente stimolano la crescita tumorale.

Dopo una serie di test in vitro, i ricercatori hanno sperimentato su un gruppo di topi con tumore alla vescica l’azione di due differenti circuiti di questo tipo: uno che trasforma due segnali che stimolano la crescita tumorale in un segnale che attiva due geni oncosopressori (ossia geni che producono proteine che ostacolano lo sviluppo tumorale), e uno che risponde ad altri segnali di stimolo al tumore innescando la morte cellulare programmata (apoptosi). Nei topi sottoposti a questi trattamenti la crescita della massa tumorale è risultata rallentata rispetto a quella osservata nei topi di un gruppo di controllo.

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