Tumori: sensori microscopici per individuarli grazie alle nanotecnologie

Ancora una volta la tecnologia corre in aiuto della medicina, questa volta lo fa grazie a delle nanoparticelle alquanto “preziose”. Preziose non solo per la grande utilità che pian piano stanno acquisendo in medicina (ma non solo; anche nella progettazione di tecnologie informatiche l’innovazione si sta spingendo oltre gli attuali limiti –legge di Moore- proprio attraverso le nanotecnologie) ma grazie all’elemento base di cui sono fatte: Oro. Proprio quell’oro che spesso portiamo al collo nelle grandi occasioni è alla base di questa nuova tecnologia.

Senza molti giri di parole stiamo parlando di biosensori molecolari dalla infinitesimale grandezza di pochi nanometri (per rendere l’idea: prendete un metro e dividetelo un miliardo di volte) in grado di comportarsi nel corpo umano come sensori microscopici in grado di reagire chimicamente all’individuazione di un preciso marker.

AuNPs è il nome in codice di questa tecnologia: Au viene da aurum, oro in latino, e costituisce il nucleo del biosensore. Grazie alla sue proprietà elettrochimiche svolge il ruolo del ligando, ovvero è in grado di generare una risposta di un recettore. NP(s) invece è l’acronimo di nanoparticle(s). Il tutto viene protetto da un monolayer, un monostrato auto-assemblato creato tramite chemioassorbimento che grazie alle sue proprietà chimiche garantisce una protezione alla nanoparticella molto resistente e di gran lunga migliore rispetto ai vecchi strati di Langmuir.

Il lavoro di ricerca svolto presso l’Università degli Studi di Padova da Marco De Vivo ha dimostrato come auto-organizzazione dei ligandi (dell’oro in questo caso) di rivestimento funzionalizzati in monostrati determina la solubilità e la capacità di riconoscimento molecolare. Inoltre la nanoparticella è in grado di comportarsi come una recettore proteico; proprietà che si rivela di grandissima utilità in quanto può essere sfruttata per individuare markers non solo di tumori ma anche agenti esterni quali farmaci, sostanze cancerogene, droghe illegali e agenti inquinanti.

A cosa servono?

Le nanoparticelle protette da monolayer è la frontiera delle nanotecnologie. Applicazioni innovative stanno emergendo in settori quali nanomedicina, chemosensing (risposta a stimoli chimici). Grazie alla capacità di riconoscimento molecolare presto avremo farmaci in grado di riconoscere qualsiasi tipo di farmaci, metaboliti, droghe illegali e piccoli marcatori molecolari per il cancro. Ma potrebbero essere anche usati per colpire con dei farmaci bersagli estremamente specifici nel corpo umano.

Adesso gli scienziati potranno utilizzare queste scoperte per la creazione di nanodispositivi che potrebbero anche essere implementati in qualsiasi dispositivo di quotidiana utilità quale uno smartphone che potrebbe analizzare l’aria della nostra casa ed individuare componenti inquinanti nocivi senza la necessità di ricorrere a costose strumentazioni da laboratorio.

Perchè proprio l’oro

Il segreto di questa tecnologia è tutto nel monostrato auto-assemblato di metalli nobili (l’oro in questa ricerca) che grazie allo scarsa reazione chimica con il resto degli elementi (almeno quelli presenti nel corpo umano) ne garantisce una grande resistenza al tempo ed all’usura, oltre che la sua capacità di essere inerte evita che il sistema immunitario riconosca il biosensore come componente esterno e lo “attacchi” scatenando un rigetto.

Impiego con la Risonanza Magnetica Nucleare

Di grande interesse chimico è l’autoinduzione in grado di generare delle cavità leganti temporanee nella nanoparticella. Queste cavità transitorie possono “ospitare” al loro interno piccole molecole che vengono sfruttate per il riconoscimento ligando-proteico. Questa ricerca apre la strada all’utilizzo di una nuova tecnologia che sfrutta queste nanoparticelle a monostrato auto-assemblato di metalli nobili, la Risonanza magnetica nucleare (RMN).

Grazie ad un esperimento condotto dal team è stato possibile evidenziare come dopo aver elettromagnetizzato le AuNPs era possibile individuare con grandissima precisione in una soluzione acquosa tramite la risonanza magnetica nucleare. Sfruttando la grandissima affinità selettiva di queste nanoparticelle per i rispettivi markers è possibile, utilizzando la magnetizzazione residua, individuare e misurare la presenza dei markers.

Spiegazioni tecniche

In pratica dopo aver “attivato” le AuNPs vengono rilasciate nella soluzione, dove esse si legano con la sostanza per cui sono state progettate e successivamente vengono individuate e misurate stechiometricamente tramite risonanza magnetica nucleare. La selettività con cui operano gli AuNPs era per certi versi inaspettata. Attraverso un esperimento in laboratorio è stato visto come un sensore generato per individuare un salicilato riesce a selezionarlo con grande precisione anche tra composti aromatici simili. Un’interazione spiegabile abbastanza precisamente dalla idrofobicità della parte interna del monostrato auto-assemblato del nanosensore.

Appare sempre più importante la collaborazione tra i vari rami della scienza.

Ognuno offre un supporto insostituibile all’altro e la chiave della scoperta è la ricerca. Spesso la ricerca è molto più avanti dell’innovazione e scoperte che oggi sembrano inutili ai più si dimostreranno di una estrema utilità in
futuro.

Quando Galileo Galilei volle osservare le stelle non esistevano i telescopi e mai qualcuno avrebbe speso tempo, denaro e salute per un’attività che chiunque nel medioevo (ma anche oggi) avrebbe considerato tanto inutile e senza alcun scopo e guadagno. Ovviamente Galileo scelse di perseverare e gli strumenti non
disponibili per le sue ricerche li costruì da sé. Riuscì a creare il primo telescopio della storia costruendo e facendo costruire delle lenti su misura. Lenti che nei secoli successivi sono state riadattate e che hanno dato vita al primo microscopio. Un potente strumento che ha permesso di salvare milioni di vite umane.
Le nanotecnologie e le nanoparticelle sono un po’ come il primo telescopio. Non sappiamo ancora bene che farci ma hanno un potenziale senza precedenti. Una promessa della scienza che chissà, domani potrebbe salvarci.

Fonte: Nanoparticle-Based Receptors Mimic ProteinLigand Recognition

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