Encyclopedia
Please note this is a comparison between Version 2 by Amina Yu and Version 1 by Donatella Coradduzza.
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.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.
- nano-microRNA
- biomarcatore nanotecnologico
- consegna
- detection
1. Introduzione
L
Early diagnosi precoce e trattamenti efficaci sono fondamentali per l'etection and effective treatments are crucial for disease eradicazione della malattia e la guarigione dei pazienti, nonché per la sopravvivenza e/o la tion and patient healing, and for survival and/or qualità della vita. Il cancro è una delle paty of life. Cancer is one of the pathologie che possonos that can beneficiare di entrambi gli approcci, come molte altre malattie. I mt from both approaches, as many other illnesses. MicroRNAs (miRNA) rapepresentano uno strumento emergente che potrebbe essere efficace nel rilevare o curare diverse an emerging tool which could be effective in either detecting or curing several condizioni. Itions. miRNA sono oligoribos are short (18–25 nucleotidi endogeni a filamento singolo corti (18-25 es) noncoding single-stranded endogenous oligoribonucleotidi) non codificanti, che sono es, which are relativamente stabili; sono secreti prevalentemente nelle vescicole o in unely stable; they are predominantly secreted in vesicles, or in a complesso con altrex with other proteine. Il ruolo del MiRNA è legato alla regolazione di diversi processis. MiRNA’s role is linked to the regulation of different biologici, come lo sviluppoal processes, such as cellulare, la development, differenziazione, la tiation, proliferazione, il tion, metabolismo e l', and apoptosis [ 1]. RegolaIno infatti l'es fact, they regulate gene expressione genica e le , and the alterazioni dei loro livelli di estions in their expressione levels correlano con l'insorgenza e late with the onset and progressione di diverse malattie, come tumori, malattie of different diseases, such as tumours, cardiovascolari e rular and rheumatiche e disturbi diseases, and neurologicial disorders [ 2 , 3 , 4]. IUn condizioni patder pathologiche, si osservano livelli dial conditions, dysregulated miRNA disregolati, ma la relazione tra livelli dilevels are observed, but the relationship between dysregulated miRNA disregolati e malattia non è semplice. Le attivitàlevels and disease is not straightforward. The oncogeniche o di so or tumour-suppressione del tumore dei miRNA dipendono da quali geni vengono attivati o inibiti attraverso la sovraregolazione o la sottoregolazione dell'esve activities of miRNAs depend on which genes are activated or inhibited through the up- or downregulation of miRNA expressione dei miRNA. Pertanto, per garantire una . Thus, to ensure a secure diagnosi sicura, l's, the identificazione deition of miRNA tramite ils via expression profilo di espressione è foing is fundamentale; questo perché l'; this is because alterazione dei livelli di estion in the expressione di un singolo levels of a single miRNA non ha una potenza does not have sufficient diagnostica sufficiente rispetto al power compared to multiplexing, cioè il rilevamentothat is, the parallelo o or simultaneo di piùus detection of known multiple miRNA noti. Le attuali strategie dis. Current quantificazione presentanotion strategies have limiti e sations and disadvantaggies. In generale, tutti i metodi di , all quantificazione sono divisi in duetion methods are divided into two categorie: una ches—one that utilizza l'es direct oligo-ibridazione diretta senzahybridization without sample RNA amplificazione dell'RNA del campione e l'altra che richiede l'tion, and the other requiring sample amplificazione del campione. I metodi che nontion. Methods that do not utilizzano l'e sample amplificazione del campione richiederanno una quantità inizialetion will require a relativamente maggiore di RNAely larger starting amount of totale, mentre gli altri che richiedono l' RNA, while the others requiring sample amplificazione del campione, contion, with external variazioni esterne poiché gestiscono le tion as they are handling imperfezioni, possono anche esserections, can also be amplificati. La tecnologia olied. Oligo-microarray èy technology is relativamente a basso costo e prontamente disponibile; uno sely low-cost and readily available; a disadvantaggio di questo metodo è la sua scala, poiché l'e of this method is its scale, as the resulting array risultante sarà rwill be relativamente grande. In aely large. Alternativa, l'uso della sintesi e dellaely, the use of synthesis and chemical modifica chimica delle sonde di RNA è costoso e spesso richiede una grande quantità di RNA totale. Molti altri metodi e strumenti sono stati sviluppati per la profilazione dell'estion of RNA probes is costly and often requires a large amount of total RNA. Many other methods and tools have been developed for miRNA expressione di miRNA profiling. Problemi come las such as sensibilità e lativity and specificità sono stati affrontati attraverso variey have been addressed through various strategie; tuttavia sono ancora molto costosi, poiché rispondono a una molteplicità di esigenze ss; however, they are still very expensive, since answering to a variety of specifiche; un'adeguata dimensione del campione, needs; an appropriate sample size, sample quantità e velocità del campione; e la necessità diy and speed; and the requirement to identificare nuoviy new miRNA può essere costosa. Pertanto, vi è un grandes can be costly. Thus, there is a great interesse nello sviluppo di metodi it in developing innovativi e gli approcci basati sulle e methods, and nanotecnologie sonohnology-based approaches are particolarmente ricercati. La nanotecnologia avrà un forte impatto sulla consegna e sullaularly sought-after. Nanotechnology will have a strong impact on delivery and diagnosi attraverso il s through miRNA, dimostrando che l'approccio appena sviluppato funziona su campioni del "mondo reale" in condizioniemonstrating that the newly developed approach works on ‘real-world’ samples under standardizzate. Lo stesso vale anche per il trasporto e la consegna di miRNA, poiché l'inibizione o il mimetismo dei miRNA sono sed conditions. The same is true also for miRNA transport and delivery, as miRNA inhibition or mimicry are strategie attualmente in fase di valutazione per mantenere il livello di s currently under evaluation to maintain the level of miRNA all'interno delle celluleinside the cells,
I and questa recensione, sono stati analizzati entrambi gli approcci (rilevamento e trattamenanotechnology can offer a good solution to bring the miRNA mimics to the tumour site.
In to) che utilizzano strategie basate sullahis review, both approaches (detection and treatment) using nanotecnologia, per evidenziare le tendenze attuali in questo promettente campo dihnology-based strategies have been analysed, to point out the current trends in this promising field of bio-medical applicazioni biomediche tions ( Figurae 1 eand Figurae 2 ).
Figurae 1. Raeppresentazione del meccanismo d'azione deition of mechanism of action of nanodispositivi per il rilevamento di miRNA. Ilevices for miRNA detection. The nanodispositivo può rilevare ilevice can detect the miRNA diof interesse nel sito del tumort at the tumour site.
Figurae 2. Raeppresentazione di un ipotetico meccanismo d'azione dition of a hypothetical mechanism of action of nanodispositivi per la consegna di miRNA. Ilevices for miRNA delivery. The nanodispositivo può fornire ilevice can deliver the miRNA diof interesse al sito del tumore per ridurre l'est to the tumour site to reduce the expressione dei geni correlati al tumore of tumour-related genes.
2. Rilevamento e biorilevamento di MiRNA
Convenztionalmente, il rilevamento dei miRNA si basa sulla reazione a catena della polimerasi in tempo realely, miRNA detection is based on real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR), sui microarray, sul s, Northern blotting e sul sequenziamento di nuova , and Next-generazionetion sequencing (NGS). Questi metodi di misurazione riflettono solo il livello medio di esThese measurement methods just reflect the average gene expressione genica e non possono fornire l' level and cannot provide the heterogeneità e le variazioni spazy and transient spatiotemporali transitorie dei miRNA nelle cellule viventi variations of miRNAs in living cells [ 5 ]. La principaleThe main differenza tra i metodi basati sulla ce between nanotecnologia e quellihnology-based and convenzionali risiede nel meccanismo di trasduzione. Ltional methods lies in the transduction mechanism. The peculiari proprietà fisico-chimiche dei materiali physicochemical properties of nanostrutturati sonoctured materials are essenziali per migliorare la lettura del segnaletial to enhancing signal readout [ 6]. DiSeverseal nanoparticelle (NP) hanno eccellenti proprietà ottiche, che le rendono ideali per lo sviluppo di les (NPs) have excellent optical properties, making them ideally suited for the development of sensing strategie di rilevamento. Alcuni NP sono emettitori dis. Some NPs are bright and stable fluorescenza luminosi e stabili, come i ce emitters, such as silver nanocluster d'argento (AgNC) e i puntis (AgNCs) and quantici (QD), e possono essere utilizzati direttamente o in strategie di trasferimento di energia di risonanza di fluorescenza. Altre NP, come le NP d'oro (AuNP) e le NP um dots (QDs), and can be used either directly or in fluorescence resonance energy transfer strategies. Other NPs, such as gold NPs (AuNPs) and carboniose, possono essere utilizzate come eaceous NPs, can be used as efficienti fluorescence quencher dis in fluorescenza negli approcci di recupero della fluorescenza. In ce recovery approaches. In the presenza di miRNA bersaglio, i ce of target miRNA, the fluorofori, rilasciati fisicamente o chimicamente dalla NP, possono emetterephores, physically or chemically released from the NP, can emit fluorescenza in modo dice in a concentration-dependente dalla concentrazione manner.
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.
