Rovesciando il concetto del gioco noto come Piccolo Chimico, un gruppo ricercatori della UCLA (University of California, Los Angeles) ha realizzato uno studio in cui le dimensioni ridotte non sono quelle dello scienziato in erba, bensì quelle del laboratorio, che riesce a stare nel palmo di una mano. Grazie a questi studi, invece di trafficare sul bancone di lavoro o sotto la cappa, prossimamente chimici e biologi potrebbero semplicemente inserire una piccola cartuccia in uno strumento automatizzato, per eseguire migliaia di test in parallelo in un laboratorio praticamente tascabile. Nell’articolo “An integrated microfl uidic device for large in situ click chemistry screening”, pubblicato sul numero dell’agosto 2009 di Lab on a Chip, Yanju Wang e collaboratori descrivono un chip controllato da un computer capace di eseguire in poche ore 1.024 reazioni, che in futuro potrebbero essere utili, fra l’altro, allo screening rapido di potenziali nuovi farmaci.

Un gruppo di chimici, biologi e ingegneri della UCLA hanno messo a punto una metodologia per lo studio di enzimi e altre molecole bioattive basata sulla tecnica dei microfluidi accoppiata alla click chemistry. Le prima rappresenta un tecnica per la manipolazione con apparecchiature miniaturizzate di minuscole quantità di liquidi e di composti chimici. La click chemistry è stata introdotta nel 2001 da K.B. Sharpless (Scripps Research Institute, California), si basa sul miscelamento di piccole quantità di composti per formare nuove sostanze in maniera semplice e rapida (concetto espresso dal termine anglosassone "click"), ad esempio mettendo a contatto diverse sub-unità per formare delle catene, similmente a quanto avviene in natura per le proteine (catene di aminoacidi) o per i carboidrati (catene di zuccheri semplici, monosaccaridi).
La click chemistry viene spesso usata per identificare molecole con potenziale attività farmacologica che si legano tenacemente a specifi che proteine enzimatiche per inibirle o attivarle all’interno della cellula. In passato solo poche reazioni potevano essere condotte in parallelo su un singolo chip. Il gruppo della UCLA ha messo a punto una nuova tecnologia che permette di eseguire contemporaneamente 1.024 reazioni, utilizzabili - per esempio - come screening rapido di molecole con particolari usi potenziali. Un migliaio di complessi processi - tra cui il campionamento, la miscelazione dei reagenti e il lavaggio dei microtubi - viene completata sul chip in poche ore. Attualmente la lettura dei risultati è manuale, ma in futuro il team prevede di automatizzare completamente i test.
I ricercatori californiani hanno così potuto individuare dei potenti inibitori dell’enzima bovino anidrasi carbonica, oggetto della loro indagine. Secondo Hsian-Rong Tseng, uno dei numerosi co-autori dello studio, si tratta di una rivoluzione in laboratorio: «Le preziose molecole di enzima, richieste per una singola reazione di click chemistry in un laboratorio tradizionale, possono ora essere suddivise in centinaia di duplicati per permettere la realizzazione di altrettante reazioni parallele. Si rivoluzionano così i processi di laboratorio, si riduce il consumo di reagenti e si accelera il processo di identificazione di potenziali nuove molecole con attività farmacologica». «Il sistema non solo permette di fare i test di caratterizzazione dei composti più rapidamente, ma usa quantità minuscole di materiali riducendo enormemente tempi e costi in laboratorio» ha spiegato Kym F. Faull (uno dei co-autori, direttore del laboratorio di spettrometria di massa della UCLA), coinvolto nella soluzione di diverse sfide, tra cui la riduzione della quantità di reagenti accoppiata con l’aumento di sensibilità e di velocità dell’analisi spettrometrica, usata per caratterizzare le molecole identificate attraverso la click chemistry su chip.
I prossimi sviluppi dello studio riguardano l’allargamento dell’indagine ad altri enzimi disponibili in quantità molto limitate, come le chinasi che svolgono un ruolo centrale nella conversione del cancro alla forma maligna. Più in generale, secondo gli autori dello studio - finanziato dall’U.S. Department of Energy e dal National Institute of Health - questa tecnologia potrà trovare ampia applicazione in studi biologici e farmacologici.

Fulvio Zecchini (in collaborazione con il RISeT).

Per approfondimenti: http://newsroom.ucla.edu/portal/ucla/new-microchip-technology-performs-97160.aspx

da Green n. 18
Novembre 2009