Un brin d’ADN à double hélice peut s’étendre sur 6 pieds, mais il est si étroitement enroulé qu’il contient toute une séquence de nucléotides dans le minuscule noyau d’une cellule. Si ce même ADN était plutôt divisé en deux brins et divisé en de très nombreux morceaux courts, il deviendrait des milliards de structures moléculaires 3D pliées de manière one of a kind, capables de se lier et éventuellement de manipuler des molécules de forme spécifique – si elles conviennent parfaitement.
Ces segments courts et simple brin d’ADN ou d’ARN sont appelés aptamères, également appelés « anticorps chimiques ». Selon les chercheurs de Penn Condition, ils apparaissent en biomédecine comme agents thérapeutiques ou diagnostiques bénéfiques, notamment en remplacement des anticorps biologiques. Cependant, trouver l’aptamère parfait pour une molécule cible – la protéine p53 qui supprime les tumeurs cancéreuses, par exemple – nécessite de passer au crible un pool de candidats aptamères potentiels qui dépasse le nombre d’étoiles de la Voie lactée. Le processus peut prendre des mois et n’aboutit souvent à aucune correspondance.
Une nouvelle méthode développée par des chercheurs de Penn State utilise un hydrogel – un réseau de polymères qui preserve sa forme et peut se dilater lorsqu’il absorbe une grande quantité d’eau – pour retenir les aptamères « à haute affinité » ou bien ajustés pendant que le le reste des candidats aptamères quittent le gel en 60 heures. L’équipe a rapporté hier (5 octobre) sa méthode et ses résultats « hydrogel pour la sélection des aptamères » (HAS) dans Character Biotechnology.
La méthode HAS pourrait abaisser la barrière pour les chercheurs cherchant à explorer le potentiel des aptamères – qui sont furthermore faciles à modifier, ont une durée de conservation moreover longue et permettent un accès additionally facile aux tissus que les anticorps – dans un sure nombre d’applications biomédicales, telles que la médecine régénérative. l’administration de médicaments, l’ingénierie cellulaire, la bioimagerie et bien additionally encore, selon l’auteur correspondant Yong Wang, professeur de génie biomédical à Penn Condition.
« La procédure de recherche d’aptamères est frustrante non seulement pour les débutants mais aussi pour les chercheurs expérimentés – comme trouver une aiguille dans une botte de foin », a déclaré Wang. « De nombreux chercheurs souhaitent utiliser les aptamères pour leurs projets, mais comme il est très difficile de les obtenir, ils ne peuvent pas tester leurs idées ni explorer de nouvelles purposes. Les aptamères peuvent être utilisés seuls à des fins thérapeutiques, ils peuvent être conjugués à des médicaments ou à des nanoparticules pour guident l’administration et améliorent l’efficacité, ils peuvent être appliqués pour fonctionnaliser un package de détection permettant d’examiner si un échantillon de sang contient des virus ou des biomarqueurs du cancer. Fondamentalement, les aptamères peuvent être appliqués partout où des anticorps sont conçus.
L’hydrogel de l’équipe – composé de polyéthylène glycol (PEG) – comprenait des molécules cibles immobilisées de la protéine thrombine, qui facilite la coagulation dans le sang. Une fois qu’une bibliothèque d’aptamères a été injectée dans l’hydrogel, les candidats à haute affinité se sont liés aux cibles immobiles tandis que les aptamères moins bien ajustés se sont diffusés librement à travers ses pores, de la même manière que des ornements sans crochets tomberaient à travers un arbre de Noël sans rien attraper. sur les branches.
Cette approche de diffusion diffère des méthodes traditionnelles, dans lesquelles les molécules cibles et la bibliothèque d’aptamères sont mélangées dans une option puis filtrées à travers une fantastic membrane. L’étape de filtration est répétée plusieurs fois et les bons candidats aptamères sont souvent perdus, selon Wang.
« Malheureusement, la liaison moléculaire est une interaction physique et, pendant l’étape de filtration, des candidats spécifiques peuvent se séparer des molécules cibles, traverser la membrane et se perdre », a déclaré Wang. « Dans notre méthode, un candidat aptamère souhaité se liera à nouveau à une molécule immobilisée s’il se désagrège d’une molécule cible précédemment liée. Par conséquent, le candidat ne sera pas facilement perdu au cours de la procédure de diffusion. »
Les chercheurs ont créé l’hydrogel poreux en congelant une option de pré-gélification mélangée à de l’acide acrylique, qui réagirait ensuite chimiquement aux groupes carboxyle du polymère pour former les protéines de thrombine incorporées, immobilisées afin de ne pas quitter l’hydrogel. Des cristaux de glace sont également apparus au cours de ce processus de « cryogélation », dispersés dans tout le réseau de polymères PEG, finissant par fondre et créer les pores de l’hydrogel lorsqu’il est ramené à température ambiante. Le PEG est « non-salissure », a déclaré Wang, ce qui signifie que le matériau limite la liaison indésirable des aptamères à l’hydrogel, contrairement aux interactions des aptamères avec les membranes.
La méthode HAS supprime également le besoin d’amplification par réaction en chaîne par polymérase (PCR), une étape des méthodes traditionnelles où une nouvelle bibliothèque d’aptamères est générée synthétiquement à chaque tour sur la foundation des aptamères restants dans la membrane précédente.
« L’amplification est basée sur le PCR qui a tendance à amplifier certains candidats au lieu de traiter tous les candidats de la même manière », a déclaré Wang. « Les chercheurs ont découvert que ce biais peut devenir de additionally en as well as grave à chaque fois qu’il se répète, et qu’ils risquent de ne pas trouver ce qu’ils veulent après avoir investi beaucoup de temps, de travail et d’argent. »
Comme examination de foundation, les chercheurs ont développé un hydrogel PEG sans thrombine incorporée et ont introduit la bibliothèque d’aptamères, constatant qu’il ne restait pratiquement as well as d’aptamères dans le gel après 60 heures. Cela indiquait que le « bruit de fond » provenant de la liaison non spécifique – aptamère à hydrogel – s’était dissipé, et c’est devenu la limite de temps utilisée par les chercheurs dans leur processus de examination.
Les candidats aptamères dans l’hydrogel immobilisé par la thrombine ont été collectés et analysés avec une technologie de séquençage de nouvelle génération. Les chercheurs ont donné la priorité à 50 candidats aptamères, les catégorisant davantage et testant leur efficacité de liaison. L’« aptamère anti-thrombine » identifié dans le pool s’est avéré avoir une affinité de liaison comparable à celles identifiées sur 10 cycles de sélection d’aptamère en utilisant des méthodes traditionnelles.
« La sélection des aptamères peut être réalisée en une seule étape sans avoir besoin d’un processus réitératif, et tous les problèmes liés aux opérations réitératives sont évités », a déclaré Wang, ajoutant que des travaux ultérieurs sur la méthode HAS affineront cette approche, notamment en sélectionnant des aptamères pour des molécules cibles non protéiques ou même des cellules vivantes si elles peuvent être conservées dans l’hydrogel dans des situations ambiantes. « Nous espérons que HAS aidera les chercheurs à explorer divers domaines nécessitant une liaison ou une reconnaissance moléculaire. »
Les collaborateurs de cette étude comprenaient également le co-premier auteur Naveen Singh, ancien chercheur postdoctoral au Département de génie biomédical de Penn Condition, maintenant à l’Institut indien de technologie de Delhi ainsi que le co-premier auteur Yixun Wang, Connie Wen, Brandon Davis, Xuelin Wang et Kyungsene Lee, tous étudiants au doctorat en génie biomédical de Penn Point out.
Les Nationwide Institutes of Overall health ont financé ce travail.
