Encyclopedia
Please note this is a comparison between Version 1 by Donatella Coradduzza and Version 4 by Amina Yu.
MicroRNAs (miRNA) are key regulators of gene expression, controlling different biological processes such as cellular development, differentiation, proliferation, metabolism, and apoptosis. The relationships between miRNA expression and the onset and progression of different diseases, such as tumours, cardiovascular and rheumatic diseases, and neurological disorders, are well known. A nanotechnology-based approach could match miRNA delivery and detection to move beyond the proof-of-concept stage. Different kinds of nanotechnologies can have a major impact on the diagnosis and treatment of miRNA-related diseases such as cancer. I microRNA (miRNA) sono regolatori chiave dell'espressione genica, controllando diversi processi biologici come lo sviluppo cellulare, la differenziazione, la proliferazione, il metabolismo e l'apoptosi. Sono ben note le relazioni tra l'espressione di miRNA e l'insorgenza e la progressione di diverse malattie, come tumori, malattie cardiovascolari e reumatiche e disturbi neurologici. Un approccio basato sulla nanotecnologia potrebbe abbinare la consegna e il rilevamento di miRNA per andare oltre la fase di prova del concetto.
- nano-microRNA
- biomarcatore nanotecnologico
- consegna
- detection
1. Introductzione
ELarly detection and effective treatments are crucial for disease iagnosi precoce e trattamenti efficaci sono fondamentali per l'eradication and patient healing, and for survival and/orzione della malattia e la guarigione dei pazienti, nonché per la sopravvivenza e/o la quality of life. Cancer is one of the pathà della vita. Il cancro è una delle patologies that can che possono benefit from bothiciare di entrambi gli approaches, as many other illnesses. Mcci, come molte altre malattie. I microRNAs (miRNA) reappresent anano uno strumento emerging tool which could be effective in either detecting or curing severalente che potrebbe essere efficace nel rilevare o curare diverse conditions. miRNAs are short (18–25 zioni. I miRNA sono oligoribonucleotides) noncoding single-stranded endogenous oligoribonucleotides, which arei endogeni a filamento singolo corti (18-25 nucleotidi) non codificanti, che sono relatively stable; they are predominantly secreted in vesicles, or in aamente stabili; sono secreti prevalentemente nelle vescicole o in un complex with othersso con altre proteins. MiRNA’s role is linked to the regulation of differente. Il ruolo del MiRNA è legato alla regolazione di diversi processi biological processes, such as i, come lo sviluppo cellular development,e, la differentiation,ziazione, la proliferation, zione, il metabolism, and o e l'apoptosis [ [1]1]. IRegolan fact, they regulate gene exo infatti l'espression, and the genica e le alterations in their exzioni dei loro livelli di espression levelse correlate with the onset andno con l'insorgenza e la progression of different diseases, such as tumours, e di diverse malattie, come tumori, malattie cardiovascular and rholari e reumatic diseases, and nhe e disturbi neurologicali [ 2 , 3 disorders, [2][3][4]4]. UIn conder pathizioni patological conditions, dysregulatedhe, si osservano livelli di miRNA levels are observed, but the relationship between dysregulateddisregolati, ma la relazione tra livelli di miRNA levels and disease is not straightforward. Thedisregolati e malattia non è semplice. Le attività oncogenic or tumour-suhe o di soppressive activities ofone del tumore dei miRNAs depend on which genes are activated or inhibited through the up- or downregulation of miRNA ex dipendono da quali geni vengono attivati o inibiti attraverso la sovraregolazione o la sottoregolazione dell'espression. Thus, to ensure a securee dei miRNA. Pertanto, per garantire una diagnosis, the sicura, l'identification ofzione dei miRNAs via expression tramite il profiling is fuo di espressione è fondamental; this is because e; questo perché l'alteration in the exzione dei livelli di espression levels of a singlee di un singolo miRNA does not have sufficientnon ha una potenza diagnostic power compared to a sufficiente rispetto al multiplexing, that is, thecioè il rilevamento parallel oro o simultaneous detection of known multiple di più miRNAs. Current noti. Le attuali strategie di quantification strategies have limitations and disadvantageszione presentano limiti e svantaggi. In general, alle, tutti i metodi di quantification methods are divided into twozione sono divisi in due categories—one that: una che utilizes direct za l'oligo-hybridization without sample RNA ibridazione diretta senza amplification, and the other requiring sample zione dell'RNA del campione e l'altra che richiede l'amplification. Methods that do notzione del campione. I metodi che non utilize sample zano l'amplification will require azione del campione richiederanno una quantità iniziale relatively larger starting amount of total RNA, while the others requiring sample amente maggiore di RNA totale, mentre gli altri che richiedono l'amplification, with externalzione del campione, con variation as they are handlingzioni esterne poiché gestiscono le imperfections, can also bzioni, possono anche essere amplified. Oicati. La tecnologia oligo-microarray technology is è relatively low-cost and readily available; a disadamente a basso costo e prontamente disponibile; uno svantage of this method is its scale, as the resulting gio di questo metodo è la sua scala, poiché l'array will berisultante sarà relatively large. Aamente grande. In alternatively, the use of synthesis and chemicala, l'uso della sintesi e della modification of RNA probes is costly and often requires a large amount of chimica delle sonde di RNA è costoso e spesso richiede una grande quantità di RNA total RNA. Many other methods and tools have been developed for miRNA exe. Molti altri metodi e strumenti sono stati sviluppati per la profilazione dell'espression profilinge di miRNA. Problems such asi come la sensitivity andbilità e la specificity have been addressed through variousà sono stati affrontati attraverso varie strategies; however, they are still very expensive, since answering to a variety of; tuttavia sono ancora molto costosi, poiché rispondono a una molteplicità di esigenze specific needs; an appropriate sample size, samplehe; un'adeguata dimensione del campione, quantity and speed; and the requirement toà e velocità del campione; e la necessità di identify newicare nuovi miRNAs can b può essere costly. Thus, there is a greatosa. Pertanto, vi è un grande interest in developingse nello sviluppo di metodi innovative methods, andi e gli approcci basati sulle nanotechnology-based approaches are nologie sono particularly sought-after. Nolarmente ricercati. La nanotechnology will have a strong impact on delivery andnologia avrà un forte impatto sulla consegna e sulla diagnosis through attraverso il miRNA, demonstrating that the newly developed approach works on ‘real-world’ samples underimostrando che l'approccio appena sviluppato funziona su campioni del "mondo reale" in condizioni standardized conditions. The same is true also for miRNA transport and delivery, as miRNA inhibition or mimicry are szzate. Lo stesso vale anche per il trasporto e la consegna di miRNA, poiché l'inibizione o il mimetismo dei miRNA sono strategies currently under evaluation to maintain the level of attualmente in fase di valutazione per mantenere il livello di miRNA inside the cellsall'interno delle cellule,
In questand nanotechnology can offer a good solution to bring the miRNA mimics to the tumour site.
B recensione, sono stati analizzati entrambi gli approcci (rilevamento e trattamentoth) approaches (detection and treatment) usingche utilizzano strategie basate sulla nanotechnology-based strategies have been analysed, to point out the current trends in this promising field of bio-medical applicationsnologia, per evidenziare le tendenze attuali in questo promettente campo di applicazioni biomediche ( (Figurea 1 ande Figurea 2 ).
Figurea 1. Reappresentation of mechanism of action ofzione del meccanismo d'azione dei nanodevices forispositivi per il rilevamento di miRNA detection. The. Il nanodevice can detect theispositivo può rilevare il miRNA ofdi interest at the tumour sitse nel sito del tumore.
Figurea 2. Reappresentation of a hypothetical mechanism of action ofzione di un ipotetico meccanismo d'azione di nanodevices forispositivi per la consegna di miRNA delivery. The nanodevice can deliver the. Il nanodispositivo può fornire il miRNA ofdi interest to the tumour site to reduce the exse al sito del tumore per ridurre l'espression of tumour-related genese dei geni correlati al tumore.
2. MRiRNA Detection and Biosensinglevamento e biorilevamento di MiRNA
Conventzionally, miRNA detection is based on real-time polymerase chain reactionmente, il rilevamento dei miRNA si basa sulla reazione a catena della polimerasi in tempo reale (qRT-PCR), sui microarrays,, sul Northern blotting, and Next- e sul sequenziamento di nuova generation sequencingzione (NGS). These measurement methods just reflect the average gene exQuesti metodi di misurazione riflettono solo il livello medio di espression level and cannot provide the hee genica e non possono fornire l'eterogeneity and transient spatà e le variazioni spaziotemporal variations ofi transitorie dei miRNAs in living nelle cellule viventi [ cells5 [5]]. TheLa mainprincipale difference betweenza tra i metodi basati sulla nanotechnology-based andnologia e quelli conventional methods lies in the transduction mechanism. Thzionali risiede nel meccanismo di trasduzione. Le peculiar physicochemical properties ofi proprietà fisico-chimiche dei materiali nanostructured materials are essential to enhancing signal readouttturati sono essenziali per migliorare la lettura del segnale [ [6]6]. SeDiveralse nanoparticles (NPs) have exelle (NP) hanno eccellent optical properties, making themti proprietà ottiche, che le rendono ideally suited for the development of sensingi per lo sviluppo di strategies. Some NPs are bright and stable di rilevamento. Alcuni NP sono emettitori di fluorescence emitters, such as silverza luminosi e stabili, come i nanoclusters d'argento (AgNCs) and) e i punti quantum dots (QDs), and can be used either directly or in fluorescence resonanceici (QD), e possono essere utilizzati direttamente o in strategie di trasferimento di energy transfer strategies. Other NPs, such as gold NPsia di risonanza di fluorescenza. Altre NP, come le NP d'oro (AuNPs) and) e le NP carbonaceous NPs, can be used asiose, possono essere utilizzate come efficient fluorescence i quenchers in di fluorescence recovery approaches. In theza negli approcci di recupero della fluorescenza. In presence of target miRNA, theza di miRNA bersaglio, i fluorophores, physically or chemically released from the NP, can emitfori, rilasciati fisicamente o chimicamente dalla NP, possono emettere fluorescence in aza in modo dipendente dalla concentration-dependent mannerzione.
These few examples indicate that nanomaterials can have great potential in miRNA detection and biosensing. Biosensors represent innovative analytical tools for clinical diagnosis as well as for a better understanding of the molecular mechanisms involved in pathophysiology, revealing new biomarkers that are useful for the evaluation of appropriate pharmaceutical treatments [7]; moreover, miRNAs are surely promising and effective biomarkers. Biosensors can help in the early diagnosis and monitoring of pathological conditions, particularly for oncological diseases, and are useful in prognosis, surveilling the evolution of the disease, and opening the door to access to global health care. Among the different biosensing techniques, plasmonic sensor platforms are able to analyse different classes of biomolecules of clinical interest [8]. Different classes of biomolecules can be quantitatively detected in real time via high-throughput exploitation of (Localized) the surface plasmon resonance (SPR or LSPR) of metal nanoparticles and nanofilms, able to monitor and also perform label-free interactions. In fact, surface plasmons have been employed to enhance the surface sensitivity of different spectroscopic techniques, such as fluorescence and Raman scattering, applied to the detection of biomolecules. In the case of metal nanoparticles, LSP oscillations are responsible for the deep colors of their suspensions or sols, due to strong absorption bands in the ultraviolet–visible region, that are not present in the bulk material. The surface interaction of metal nanoparticles with biopolymers such as proteins, DNA, and RNA causes shifts in this resonance that can be used to detect and quantify their presence.
