Nanoparticelle d’oro per scovare virus e tumori

Lo sviluppo di nanoparticelle per migliorare la diagnosi e la terapia di alcune patologie rappresenta un approccio di grande interesse nel campo della biomedicina e ingegneria. L’idea è che queste particelle hanno delle proprietà strutturali e funzionali uniche che possono essere sfruttate per raggiungere e colpire cellule e tessuti con elevata specificità e affinità. Inoltre, la loro superficie può essere modificata per la somministrazione di farmaci, per fare imaging in vivo, per la diagnosi precoce, …

Laura Fabris è professoressa associata di Scienze dei Materiali alla Rutgers University (New Jersey) e si occupa di nanoparticelle da usare come nuovi substrati SERS (Surface Enhanced Raman Spectroscopy) per il monitoraggio del cancro alla prostata e per lo sviluppo di sensori per il rilevamento dei virus.

Nome: Laura Fabris
Età: 42 anni
Nata a: Manzano (UD)
Vivo a: Metuchen (Stati Uniti)
Dottorato in: chimica (Padova)
Ricerca: Metodi di analisi basati su nanoparticelle per applicazioni biomediche
Istituto: Department of Materials Science and Engineering, Rutgers University (New Jersey)
Interessi: ballare, la fotografia
Di Metuchen mi piace: è vicino a New York
Di Metuchen non mi piace: le relazioni sociali sono inesistenti
Pensiero: Do what you feel in your heart to be right-for you’ll be criticized anyway. (Eleanor Roosevelt)

Che tipo di nanoparticelle studiate?

Si tratta di sistemi colloidali, come nanoparticelle d’oro, argento e altri metalli nobili. In laboratorio ci occupiamo sia della parte di preparazione che di caratterizzazione delle nanoparticelle, soprattutto per quanto riguarda la loro interazione con la luce per gli esperimenti SERS.

La spettroscopia SERS è una tecnica che sta crescendo molto in campo biomedico. È una variante della ben più nota spettroscopia Raman in cui un fascio di luce viene inviato su un campione e si genera una radiazione diffusa che viene raccolta da uno spettrometro. Nella SERS, cioè spettroscopia Raman amplificata da superfici, la presenza di nanoparticelle metalliche rende il segnale di diffusione Raman molto più intenso. Grazie a questa amplificazione, la sensibilità delle misure biologiche migliora considerevolmente ed è possibile rilevare anche quelle molecole, come i biomarcatori tumorali, presenti in concentrazioni talmente basse da generare segnali Raman difficilmente rilevabili.

Qual è il vantaggio di usare le nanoparticelle colloidali?

Abbiamo scoperto che particelle d’oro con una particolare forma, simile ai ricci di mare quindi stellate (una sfera con tante punte), funzionano da piccole antenne e, quando catturano la luce Raman, la ri-emettono molto amplificata.

Le applicazioni sono molteplici, dai fotocatalizzatori ai biosensori. In campo biologico, la nostra ricerca va in due direzioni: la diagnosi precoce del cancro alla prostata e la messa a punto di nuovi test per le infezioni virali.
Il cancro alla prostata è uno dei tumori più diffusi nella popolazione di sesso maschile. La diagnosi viene fatta attraverso la quantificazione del PSA (antigene prostatico specifico), la stadiazione clinica e l’analisi delle biopsie di tessuti sospetti. Purtroppo sono approcci un po’ controversi perché, per esempio, il PSA si trova a livelli alti anche in uomini che non hanno più la prostata.

Un marcatore molto utile è il PSMA (antigene di membrana specifico della prostata), una proteina transmembrana presente nel tessuto prostatico, sia sano che malato, ma in quantità che aumentano al progredire della malattia.
Usare la SERS con le particelle d’oro nella diagnosi del cancro alla prostata permetterebbe di valutare più precisamente il livello di espressione del PSMA e potrebbe essere utile per monitorare meglio e più rapidamente la malattia.

Le analisi fatte sui biomarcatori cellulari, sulle proteine nei fluidi biologici e sui campioni da biopsie mostrano che effettivamente il nostro metodo riesce a individuare il livello di gravità della malattia e a identificare pazienti valutati erroneamente. Confrontandoci con gli oncologi è emerso che questa tecnica potrebbe essere davvero utile in campo diagnostico, magari in associazione con i metodi già approvati e convalidati.

E per quanto riguarda i test per le infezioni virali?

Recentemente abbiamo iniziato a studiare i virus a RNA, come il virus dell’influenza, per capire come si moltiplicano all’interno delle cellule e come il loro RNA può mutare a seconda degli stadi di replicazione virale. Grazie alle nanoparticelle, riusciamo a penetrare nelle cellule e a quantificare l’RNA presente e a vedere se ci sono eventuali mutazioni.

La nostra idea è sviluppare un metodo alternativo al test PCR (Polymerase Chain Reaction), qualcosa che sia diverso, innovativo e low cost.

Quali sono le prospettive future del tuo lavoro?

Usare tutte le nostre conoscenze sulle nanoparticelle per mettere a punto un sistema di biopsia liquida. Una classica biopsia consiste nell’aspirare i tessuti attraverso un ago, procedura non solo dolorosa ma, se il tessuto è interno come la prostata, anche piuttosto invasiva. La biopsia liquida consiste nel verificare la presenza di biomarcatori tumorali o di malattie infettive nel sangue oppure nella saliva e nelle urine.

È un metodo rapido che può essere ripetuto più volte in maniera semplice e sicura e che la comunità scientifica sta cercando di sfruttare da un bel po’ di tempo. Il problema, infatti, è che le concentrazioni dei biomarcatori in questi fluidi biologici sono molto basse e il metodo di rilevazione deve essere estremamente sensibile.
La SERS con nanoparticelle d’oro è molto sensibile, riusciamo a vedere cento molecole in una goccia, e mi piacerebbe iniziare a fare dei test in campo clinico.

Un altro obiettivo che mi piacerebbe raggiungere è sviluppare dei metodi diagnostici a basso costo da portare nelle nazioni più povere del mondo.
Assieme a una compagnia giapponese abbiamo sviluppato un apparecchio portatile per la misurazione degli oppiacei. Vorrei riuscire a creare qualcosa di simile, quindi portatile ed economico, per la diagnosi di malattie virali (es. da HPV) e contribuire alla salute globale.

Leggi anche: Sensori chimici fatti di grafene

Pubblicato con licenza Creative Commons Attribuzione-Non opere derivate 2.5 Italia.   

Immagine di copertina: Wikimedia Commons