Gli ingegneri sviluppano sensori nanoprobe per il targeting del cancro

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Gli scienziati dell’Università della California, Berkeley, hanno creato nanoprobe intelligenti che un giorno potrebbero essere utilizzate nella battaglia contro il cancro per cercare e distruggere selettivamente le cellule tumorali, oltre a riferire sullo stato della missione.

 nanoprobes

UC Berkeley gli scienziati stanno progettando nanoprobes intelligenti, chiamati nanocorals, per collegare selettivamente alle cellule tumorali, fornire farmaci terapeutici e riferire sull’ambiente molecolare locale. Un lato dei nanocoralli è progettato per mirare selettivamente alla cellula, mentre l’altro ha una superficie irruvidita per rilevare le particelle chimiche rivelatrici nell’ambiente. (Benjamin Ross e Liz Wu, UC Berkeley)

Un piccolo numero di gruppi di ricerca in tutto il mondo hanno sviluppato nanoprobi target-specifici per gli ultimi 10 anni, nel tentativo di ridurre — e forse eliminare — la chemioterapia pedaggio tossico assume le cellule sane che risiedono vicino alle loro controparti malate.

Ciò che mancava, tuttavia, è un meccanismo attraverso il quale i nanoprobi potevano non solo trovare la cellula tumorale, ma anche trasmettere informazioni una volta agganciati al bersaglio. Il team di UC Berkeley ha creato tali sonde multifunzionali, che hanno soprannominato nanocoralli.

Lo sviluppo dei nuovi nanocoralli è la storia di copertina per il febbraio. 22 stampa numero della rivista peer-reviewed Piccolo.

” Se stai inviando un satellite nello spazio, hai bisogno che faccia più di una cosa. Deve raggiungere il suo obiettivo, rilevare i suoi dintorni e comunicare di nuovo al controllo a terra”, ha detto Luke Lee, Lloyd Distinguished Professor of Bioengineering presso UC Berkeley e capo del team di UC Berkeley che ha sviluppato il nanocoral. “Lo stesso vale nella galassia molecolare. Abbiamo bisogno di sonde che possano trovare una cellula malata, trattarla e dirci dell’ambiente locale in modo da poter determinare se il trattamento funziona. Le sonde nanocorali che abbiamo inventato sono un passo importante in questa direzione.”

Le minuscole sonde misurano poche centinaia di nanometri di diametro: un millesimo della larghezza di un capello umano e un centesimo della dimensione della maggior parte delle cellule tumorali. L’intuizione del team è stata quella di combinare diversi materiali — oro irruvidito da un lato e polistirene liscio dall’altro — su un’unica sonda.

Il nome della nuova sonda è ispirato ai coralli marini naturali, che utilizzano superfici ruvide per migliorare la cattura della luce e delle particelle di cibo.

“Come i coralli naturali, la superficie nanocorale altamente irruvidita è progettata per catturare molecole vicino alle sonde e riportare la loro presenza ai ricercatori”, ha detto Benjamin Ross, uno studente di dottorato nel programma di scienza e tecnologia applicata di UC Berkeley, e uno dei due autori co-lead dello studio. “Il tipo di molecole presenti — o assenti — sulla superficie della cellula può fornire segni rivelatori di come una cellula sta reagendo al nuovo farmaco in consegna.”

Il lato sensibile del nanocoral si basa su una tecnica chiamata spettroscopia Raman potenziata in superficie (SERS), che sfrutta le eccitazioni elettromagnetiche che si verificano quando le molecole entrano in contatto con la superficie irruvidita di un metallo, come l’oro. Le molecole producono oscillazioni che risuonano a frequenze di firma quando esposte alla luce laser, rivelando la loro presenza agli scienziati.

I ricercatori hanno verificato la sensibilità del nanocorale misurando la sua capacità di rilevare un composto chimico standard per la spettroscopia Raman.

Per ottenere il nanocoral di indirizzare cellule specifiche, i ricercatori hanno approfittato della capacità di attaccare anticorpi alle superfici polimeriche.

“Possiamo adattare il nanocorale alle cellule tumorali di interesse attaccando gli anticorpi appropriati”, ha detto l’altro co-autore dello studio, Liz Wu, che ha condotto questa ricerca come studente di dottorato nel programma di scienza e tecnologia applicata.

I ricercatori hanno dimostrato questo concetto rivestendo la superficie di polistirene con anticorpi che attaccano il recettore del fattore di crescita epidermico umano 2 (HER-2), un bersaglio ben noto per il trattamento del cancro poiché è spesso sovra-espresso in forme aggressive di cancro al seno. Hanno confermato sia con campo luminoso e immagini fluorescenti che il nanocorale attaccato alle cellule di cancro al seno con i recettori HER-2, mentre gli esperimenti di controllo hanno dimostrato che nessun legame si è verificato quando sono stati utilizzati anticorpi diversi o quando le cellule prive di HER-2.

“Siamo ancora nelle prime fasi di sviluppo, ma siamo ottimisti sul fatto che i nanocoralli diventeranno utili strumenti diagnostici e di trattamento per una vasta gamma di tumori”, ha affermato Lee. “Questo potenzialmente ci permetterà non solo di fornire un farmaco, ma anche di vedere la risposta in tempo reale a livello sub-cellulare.”

Un altro coautore dello studio è SoonGweon Hong, studente laureato UC Berkeley in bioingegneria.

Il National Institutes of Health Nanomedicine Development Center for the Optical Control of Biological Function e la Defense Advanced Research Projects Agency hanno contribuito a sostenere questa ricerca.

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