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LE BIOTECNOLOGIE IN CAMPO BIOMEDICO, LA CLONAZIONE E GLI ANIMALI…
LE BIOTECNOLOGIE IN CAMPO BIOMEDICO
gli antibiotici possono essere considerati i primi farmaci delle biotecnologie tradizionali. Grazie all'introduzione delle tecniche biotecnologiche moderne, sono state ampliate le possibilità di produrre molecole d'interesse farmaceutico.
il primo farmaco ottenuto grazie alle tecniche di ingegneria genetica fu l'insulina ricombinante, ottenuta nel 1978
questo ormone è un importante regolatore del metabolismo del glucosio e la sua assenza provoca il diabete. Prima veniva somministrata l'ormone bovino purificato . Il gene dell'insulina umana è stato quindi clonato e fatto esprimere prima nei batteri e poi nel lievito, in modo da ottenere grandi quantità dell'ormone in forma pura
anche le piante possono essere utilizzate per produrre farmaci. Queste hanno un apparato per la sintesi e l'elaborazione delle proteine molto più simile a quello umano rispetto ai batteri. I costi di produzione sono drasticamente minori
gli anticorpi sono proteine secrete dei linfociti di tipo B differenziati o plasmacellule. Ciascuna produce uno specifico anticorpo che riconosce una sequenza di amminoacidi detta epitopo presente su una proteina estranea che costituisce l'antigene. Le cellule figlie costituiscono dei cloni e producono tutte lo stesso anticorpo, anticorpo monoclonale.
per ottenere un anticorpo specifico per un antigene si inietta in un topo l'antigene purificato. Il sistema immunitario del topo produce diversi cloni di plasmacellule. Per isolare uno specifico clone, si isolano delle plasmacellule dalla milza del topo e le si pone in coltura insieme a cellule di mieloma, un tumore delle plasmacellule che le rende immortali. Le plasmacellule del topo si fondono con le cellule del mieloma per generare un tipo di cellule ibride dette ibridoma.
le cellule ibride sono poi diluite e isolate sfruttando un terreno di colturale selettivo. Queste singole cellule producono dei cloni. L'anticorpo desiderato viene individuato prelevando il terreno di coltura in cui l'anticorpo è stato secreto e verificando che si leghi all'antigene
dal clone di cellule che producono lo specifico anticorpo è possibile clonare il gene corrispondente per inserirlo in altri organismi.
marcando gli anticorpi con gruppi fluorescenti, si può studiare la localizzazione di una determinata proteina all'interno o sulla superficie di una cellula grazie alla microscopia a immunofluorescenza.
con la immunoscintigrafia è possibile utilizzare gli anticorpi marcati con isotipi radioattivi per evidenziare la presenza di cellule tumorali nell'organismo.
lo scopo della terapia genica è correggere i difetti del genoma che sono alla base delle malattie genetiche, spesso causate dalla mancanza o malfunzionamento di una proteina . Un esempio è costituito dall'ADA-SCID, un grave deficit immunitario dovuto alla carenza dell'enzima adenosina deaminasi. L'organismo non è in grado di difendersi da infezioni banali.
due bambine sono state trattate con la terapia genica. I ricercatori hanno utilizzato un vettore retrovirale per inserire il gene ADA umano nei globuli bianchi estratti dalle bambine. Le cellule che avevano inserito il gene nel proprio dna sono state reinserite nella paziente dove hanno iniziato a produrre l'ADA
i vettori retrovirali integrano il gene esogeno in posizioni casuali del genoma e potrebbe bloccare l'espressione di un gene
per questo motivo sono stati progettati vettori virali basati sul virus adeno-associato che integra il proprio genoma in un sito ben definito
un particolare tipo di terapia cellulare prevede l'impiego delle cellule staminali. Nel corpo umano ci sono 4 tipi differenti:
totipotenti: sono in grado di dare origine a un intero organismo
le pluripotenti possono differenziarsi in tutti i tipi cellulari dell'organismo
multipotenti sono in grado di differenziarsi in pochi tipi cellulari
unipotenti in grado di dare origine a un unico tipo di cellula
oggi è possibile isolare e coltivare in laboratorio sia le ESC (staminali embrionali), sia le SSC (staminali somatiche )
dal 2006 è stato possibile generare le staminali pluripotenti indotte. Queste cellule si ottengono riprogrammando cellule adulte differenziate tramite l'introduzione di geni espressi nelle staminali embrionali. Questi geni codificano per fattori trascrizionali in grado di indurre uno stato di dedifferenziamento, che riporta la cellula adulta indietro nel tempo e le fa riacquistare la pluripotenza. E' possibile prelevare una cellula renderla pluripotente e poi farla differenziare nel tipo cellulare di interesse.
le cellule staminali si possono impiegare per rigenerare i tessuti danneggiati
nel 2014, in giappone, le cellule prelevate dalla cute di una donna affetta da degenerazione della retina sono state rese pluripotenti e differenziate di nuovo in cellule della retina. L'impiego delle staminali in medicina rigenerativa ha la potenzialità di curare malattie.
a partire dalle cellule staminali, si sta cercando di sviluppare in vitro interi organi. Questi sarebbero estremamente utili per i trapianti perchè il paziente non dovrebbe più assumere farmaci antirigetto per tutta la vita.
attualmente la ricerca ha consentito di creare tessuti complessi tridimensionali simili a piccoli organi chiamati organoidi
grazie allo studio dell'espressione di tutti i geni di una cellula si può determinare il profilo genetico di un individuo
sono utili per determinare la presenza di alleli correlati a un aumentato rischio di sviluppare malattie. questo vale sia per una diagnosi prenatale che una per adulti.
nel 2017, il farmaco antitumorale pembrolizumab è stato la prima terapia approvata per essere utilizzata in base al profilo genetico del paziente. I pazienti quindi dovranno avere un biomarker specifico
l'integrazione dei dati genetici con quelli relativi allo stato di salute e agli stili di vita si chiama medicina di precisione.
LA CLONAZIONE E GLI ANIMALI TRANSGENICI
Le biotecnologie consentono di ottenere copie geneticamente identiche di organismi animali, sebbene richiedano un approccio sperimentale più complesso rispetto ai vegetali. il primo mammifero a essere clonato è stato una pecora, dolly.
la tecnica utilizzata per dolly è in uso ancora oggi ed è chiamata trasferimento nucleare, che comincia prelevando una cellula somatica adulta dall'animale da clonare
il nucleo della cellula viene aspirato tramite micropipetta, si preleva un oocita non fecondato da un'altra femmina della stessa specie e se ne elimina il nucleo. Questi vengono fusi per generare uno pseudo-zigote. E' stimolato a dividersi in provetta per generare un embrione che viene prima coltivato in vitro e poi impiantato nell'utero di una terza femmina
l'individuo che nascerà sarà geneticamente identico a quello che aveva donato il nucleo.
le biotecnologie hanno aperto anche la possibilità di generare animali geneticamente modificati, dotati di geni mutanti
le cellule che hanno incorporato il gene esogeno sono trasferite in un altro embrione, che viene poi impiantato nell'utero di una femmina. Il dna dei nuovi nati viene analizzato per selezionare la prole che contiene il transgene
la prima generazione di nati deriva da un embrione costituito in parte da cellule transgeniche e in parte no, pertanto il transgene non è presente in tutti i tessuti e il topolino di prima generazione è detto chimera. Le chimere contenenti il transgene vengono fatte incrociare fino a ottenere una progenie pura, ovvero il gene esogeno in tutte le cellule. Una volta ottenuta la linea pura, questi si possono clonare in modo da ottenere individui geneticamente identici
uno dei traguardi più ambiti nel campo degli animali GM è quello di ottenere tessuti e organi da usare per i trapianti da altre specie animali all'uomo.
negli ultimi anni sono nate tecniche che permettono di inserire con grande precisione un gene in un determinato punto del genoma. Queste tecniche (editing del genoma) può essere sfruttato per interrompere un gene o per inserire un gene esogeno in una posizione specifica
una di queste tecniche è la tecnologia CRISPR/Cas9 che deriva da un meccanismo di difesa naturale dai virus scoperto nei batteri. Si è visto che nel genoma batterico sono presenti dei frammenti di genomi di antichi virus che in precedenza avevano attaccato la cellula.
in caso di successive infezioni, queste sequenze sono trascritte in brevi RNA che hanno una sequenza complementare al genoma virali, ai quali viene accoppiata l'endonucleasi batterica Cas9, il cui gene si trova associato ai loci CRISPR. Appaiandosi alla sua sequenza complementare sul dna virale, il filamento di rna funge da guida per portare l'endonuleasi in prossimità del suo bersaglio, causando la digestione del dna virale.
l'acronimo CRISPR significa claustered regularly interspaced short palindromic repeats: si tratta di segmenti di dna contenenti breve sequenze ripetute, ognuna delle quali è seguita da brevi frammenti di dna spaziatore.