La nuova tecnologia protegge l’autenticità delle linee cellulari ingegnerizzate

La nuova tecnologia protegge l'autenticità delle linee cellulari ingegnerizzate

Il dottor Leonidas Bleris (davanti) e il dottor Yiorgos Makris, preparando i campioni in laboratorio, utilizzano una cappa per la coltura di tessuti a flusso laminare, un armadio chiuso progettato per prevenire la contaminazione, per lavorare con linee cellulari di mammiferi. Bleris e Makris hanno introdotto una tecnologia per salvaguardare linee cellulari personalizzate da identificazione errata, contaminazione incrociata e replicazione illegale. Credito: Università del Texas a Dallas

I progressi nella biologia sintetica e nell’editing del genoma hanno portato un settore in crescita a sviluppare linee cellulari personalizzate per la ricerca medica. Queste linee cellulari ingegnerizzate, tuttavia, possono essere vulnerabili a identificazione errata, contaminazione incrociata e replicazione illegale.

Un team di ricercatori dell’Università del Texas a Dallas ha sviluppato un metodo unico nel suo genere per creare un identificatore univoco per ogni copia di una linea cellulare per consentire agli utenti di verificarne l’autenticità e proteggere la proprietà intellettuale (IP) del produttore. Gli ingegneri hanno dimostrato il metodo in uno studio pubblicato online il 4 maggio e nell’edizione cartacea del 6 maggio di La scienza avanza.

La tecnologia in attesa di brevetto è il risultato di una collaborazione interdisciplinare tra i docenti dell’UT Dallas. Gli autori co-corrispondenti dello studio sono il Dr. Leonidas Bleris, un professore di bioingegneria specializzato in Ingegneria geneticae il dottor Yiorgos Makris, professore di ingegneria elettrica e informatica esperto di sicurezza hardware elettronica.

Linee cellulari personalizzate vengono utilizzate nello sviluppo di vaccini e terapie mirate per una serie di malattie. Secondo le previsioni della società di ricerche di mercato MarketsandMarkets, il mercato globale delle colture cellulari raggiungerà i 41,3 miliardi di dollari entro il 2026, con un aumento rispetto ai 22,8 miliardi di dollari del 2021.

La ricerca degli ingegneri dell’UT Dallas per sviluppare identificatori univoci per cellule geneticamente modificate è stata ispirata da quelle che vengono chiamate funzioni fisicamente non clonabili (PUF) nell’industria elettronica. Un PUF è una caratteristica fisica che può fungere da “impronta digitale” unica per un dispositivo a semiconduttore come un microprocessore. Nei semiconduttori, i PUF si basano su variazioni naturali che si verificano durante il processo di produzione e devono soddisfare tre requisiti: devono avere un’impronta digitale univoca, produrre la stessa impronta digitale ogni volta che vengono misurate ed essere praticamente impossibili da replicare.

Per applicare questo concetto alle cellule ingegnerizzate, i ricercatori hanno sviluppato a processo in due fasi che sfrutta la capacità di una cellula di riparare il DNA danneggiato, che è costituito da sequenze di piccole molecole chiamate nucleotidi.

In primo luogo, hanno incorporato una libreria di codici a barre a cinque nucleotidi in una parte del genoma della cellula chiamata porto sicuro, dove la modifica non danneggerà la cellula. I codici a barre da soli, tuttavia, non soddisfano le tre proprietà dei PUF. Nella seconda fase, i ricercatori hanno utilizzato lo strumento di modifica genetica CRISPR per tagliare il DNA in prossimità del codice a barre. Tale azione costringe la cellula a riparare il proprio DNA utilizzando nucleotidi casuali, un processo chiamato riparazione degli errori non omologhi. Durante questo processo di riparazione, la cellula inserisce naturalmente nuovi nucleotidi nel DNA e/o ne elimina altri: collettivamente, questi sono chiamati indels (inserzioni/cancellazioni). Queste correzioni casuali, in combinazione con i codici a barre, creano uno schema unico di nucleotidi che possono aiutare a distinguere la linea cellulare da qualsiasi altra.

“La combinazione del codice a barre con il processo di riparazione degli errori cellulari intrinsecamente stocastico si traduce in un’impronta digitale unica e irriproducibile”, ha affermato Bleris, che è anche Cecil H. e Ida Green Professor in Systems Biology Science.

Questa prima generazione di PUF progettati da CRISPR fornisce ai ricercatori i mezzi per confermare che le cellule sono state prodotte da una determinata azienda o laboratorio, un processo chiamato attestazione di provenienza. Con ulteriori ricerche, gli ingegneri mirano a sviluppare un metodo per monitorare l’età di una copia specifica di una linea cellulare.

“Aziende in via di sviluppo linee cellulari stanno facendo un investimento enorme”, ha affermato Bleris. “Abbiamo bisogno di un modo per differenziare tra 1.000 copie dello stesso prodotto. Anche se i prodotti sono identici, ognuno di essi ha un identificatore univoco, che non può essere replicato”.

Makris ha detto che l’attività di sviluppo ingegnerizzato cellule è così nuovo che le aziende si concentrano sulla monetizzazione dei propri investimenti piuttosto che sulla sicurezza e sull’attestazione di provenienza. Ha affermato che all’inizio l’industria dei semiconduttori era allo stesso modo fino a quando gli incidenti di contraffazione e manomissione non hanno evidenziato la necessità di misure di sicurezza.

“Pensiamo che questa volta forse possiamo essere in anticipo sulla curva e avere quella capacità sviluppata nel momento in cui l’industria si renderà conto di averne bisogno”, ha affermato Makris. “Sarà troppo tardi quando si renderanno conto di essere stati violati e qualcuno ha monetizzato il loro IP”.

Altri autori dello studio includono il dottor Yi Li, ricercatore di bioingegneria; Mohammad Mahdi Bidmeshki Ph.D., un ex ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Makris; Taek Kang, uno studente di dottorato in ingegneria biomedica e Eugene McDermott Graduate Fellow; e Chance M. Nowak, uno studente laureato in bioingegneria.


Primitive crittografiche non clonabili fisicamente altamente sicure basate sull’anisotropia magnetica interfacciale


Maggiori informazioni:
Yi Li et al, Funzioni genetiche fisiche non clonabili nelle cellule umane, La scienza avanza (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abm4106

Citazione: La nuova tecnologia protegge l’autenticità delle linee cellulari ingegnerizzate (2022, 6 giugno) recuperate il 6 giugno 2022 da https://phys.org/news/2022-06-technology-authenticity-cell-lines.html

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