Tecno

Il tatuaggio fatto di nanoparticelle d’oro rivoluziona la diagnostica medica

Le nanoparticelle d’oro incorporate in un idrogel poroso possono essere impiantate sotto la pelle e utilizzate come sensori medici. Il sensore è come un tatuaggio invisibile che rivela i cambiamenti di concentrazione delle sostanze nel sangue a causa del cambiamento di colore.

I cambiamenti di colore delle nanoparticelle d’oro sotto la pelle rivelano cambiamenti di concentrazione delle sostanze nel corpo

L’idea di sensori impiantabili che trasmettono continuamente informazioni su valori vitali e concentrazioni di sostanze o farmaci nell’organismo affascina da tempo medici e scienziati. Tali sensori consentono il monitoraggio costante della progressione della malattia e del successo terapeutico. Tuttavia, fino ad ora i sensori impiantabili non erano adatti a rimanere nel corpo in modo permanente, ma dovevano essere sostituiti dopo pochi giorni o settimane. Da un lato c’è il problema del rigetto dell’impianto perché il corpo riconosce il sensore come un oggetto estraneo. D’altra parte, il colore del sensore che indica i cambiamenti di concentrazione è stato finora instabile e sbiadito nel tempo. Gli scienziati dell’Università Johannes Gutenberg di Mainz (JGU) hanno sviluppato un nuovo tipo di sensore impiantabile che può essere utilizzato nel corpo per diversi mesi. Il sensore si basa su nanoparticelle d’oro stabili al colore che vengono modificate con recettori per molecole specifiche. Incorporato in un tessuto polimerico artificiale, il “nanogold” viene impiantato sotto la pelle dove segnala i cambiamenti nelle concentrazioni del farmaco cambiando il suo colore.

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L’impianto riporta le informazioni come un “tatuaggio invisibile”

Il gruppo di ricerca del professor Carsten Soennichsen alla JGU utilizza da molti anni nanoparticelle d’oro come sensori per rilevare piccole quantità di proteine ??nelle celle a flusso microscopiche. Le nanoparticelle d’oro agiscono come piccole antenne per la luce: la assorbono e la disperdono fortemente e, quindi, appaiono colorate. Reagiscono alle alterazioni dell’ambiente circostante cambiando colore. Il team di Soennichsen ha sfruttato questo concetto per il rilevamento medico impiantato.

Per evitare che le minuscole particelle nuotino via o vengano degradate dalle cellule immunitarie, sono incorporate in un idrogel poroso con una consistenza simile a un tessuto. Una volta impiantati sotto la pelle, piccoli vasi sanguigni e cellule crescono nei pori. Il sensore è integrato nel tessuto e non viene rifiutato come corpo estraneo. “Il nostro sensore è come un tatuaggio invisibile, non molto più grande di un penny e più sottile di un millimetro”, ha affermato il professor Carsten Soennichsen, capo del gruppo Nanobiotechnology presso JGU. Poiché le nanoparticelle d’oro sono infrarosse, non sono visibili all’occhio. Tuttavia, un tipo speciale di dispositivo di misurazione può rilevare il loro colore in modo non invasivo attraverso la pelle.

Nel loro studio pubblicato su Nano Letters , i ricercatori della JGU hanno impiantato i loro sensori di nanoparticelle d’oro sotto la pelle di ratti senza pelo. I cambiamenti di colore in questi sensori sono stati monitorati in seguito alla somministrazione di varie dosi di un antibiotico. Le molecole del farmaco vengono trasportate al sensore attraverso il flusso sanguigno. Legandosi a recettori specifici sulla superficie delle nanoparticelle d’oro, inducono un cambiamento di colore che dipende dalla concentrazione del farmaco. Grazie alle nanoparticelle d’oro stabili dal colore e all’idrogel che integra i tessuti, è stato riscontrato che il sensore rimane meccanicamente e otticamente stabile per diversi mesi.

Enorme potenziale delle nanoparticelle d’oro come sensori medici impiantabili di lunga durata

“Siamo abituati a oggetti colorati che sbiancano nel tempo. Le nanoparticelle d’oro, tuttavia, non sbiancano ma mantengono il loro colore in modo permanente. Poiché possono essere facilmente rivestite con vari recettori diversi, sono una piattaforma ideale per sensori impiantabili”, ha spiegato la dott.ssa Katharina Kaefer, primo autore dello studio.

Il nuovo concetto è generalizzabile e ha il potenziale per estendere la durata dei sensori impiantabili. In futuro, i sensori impiantabili basati su nanoparticelle d’oro potrebbero essere utilizzati per osservare simultaneamente le concentrazioni di diversi biomarcatori o farmaci nel corpo. Tali sensori potrebbero trovare applicazione nello sviluppo di farmaci, nella ricerca medica o nella medicina personalizzata, come la gestione delle malattie croniche.

Il lavoro di squadra interdisciplinare ha portato al successo

Soennichsen ha avuto l’idea di utilizzare nanoparticelle d’oro come sensori impiantati già nel 2004, quando ha iniziato la sua ricerca in chimica biofisica come professore junior a Magonza. Tuttavia, il progetto non è stato realizzato fino a dieci anni dopo in collaborazione con il dottor Thies Schroeder e il dottor Katharina Kaefer, entrambi scienziati della JGU. Schroeder aveva esperienza nella ricerca biologica e nella scienza degli animali da laboratorio e aveva già completato diversi anni di lavoro di ricerca negli Stati Uniti. Kaefer era alla ricerca di un argomento interessante per il suo dottorato ed era particolarmente interessata alla natura complessa e interdisciplinare del progetto. I risultati iniziali hanno portato a uno stipendio assegnato a Kaefer dal Max Planck Graduate Center (MPGC) e al sostegno finanziario della Stiftung Rheinland-Pfalz für Innovation. ” Un tale progetto richiede molte persone con diversi background scientifici. Passo dopo passo siamo stati in grado di convincere sempre più persone della nostra idea “, ha detto felicemente Soennichsen. Alla fine, è stato il lavoro di squadra interdisciplinare che ha portato allo sviluppo di successo del primo sensore impiantato funzionale con nanoparticelle d’oro.

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Riferimenti

https: / www. mpgc-mainz. de / – Max Planck Graduate Center con Johannes Gutenberg University Mainz (MPGC)

https: / www. uni-mainz. de / presse / aktuell / 8359_ENG_HTML. php – comunicato stampa “Guidare le reazioni chimiche con la luce” (7 maggio 2019);

https: / www. uni-mainz. de / presse / 16589_ENG_HTML. php – comunicato stampa “I chimici sviluppano nanosensori innovativi per più proteine” (31 luglio 2013);

https: / www. uni-mainz. de / presse / 15119_ITA_HTML. php – comunicato stampa “Gold nanoantennas detect protein” (14 marzo 2012)