Una nuova piattaforma nanotecnologica dell’Iit di Pontedera promette di trattare malattie muscolari e neurologiche con stimoli termici controllati.
Una tecnologia innovativa sviluppata nei laboratori dell’Istituto italiano di tecnologia (Itt) che sfrutta, a differenza dei farmaci tradizionali, le proprietà fisiche dei materiali potrebbe cambiare radicalmente l’approccio alle malattie neurodegenerative e muscolari. Il team del Center for materials interfaces della sede Iit di Pontedera ha utilizzato nanoparticelle di polidopamina come interruttori biofisici, capaci di attivare cellule “spente” (per malattia) tramite uno stimolo termico controllato indotto dalla luce, senza alterare geneticamente la cellula.
Un approccio biofisico e intelligente
«Invece di agire a livello biochimico, come fanno i farmaci, cerchiamo di intervenire a livello biofisico - spiega il coordinatore del Centro Gianni Ciofani -. Questo approccio mira a superare i limiti legati alla variabilità tra pazienti, cioè al fatto che un farmaco può essere efficace per alcuni e non per altri. L’obiettivo è interagire con l’ambiente patologico in modo intelligente e mirato».
Le particelle intelligenti di cui Ciofani parla sono attivate grazie alla luce nel vicino infrarosso. Obiettivo della tecnologia non è distruggere le cellule, ma modularne il comportamento fisiologico, cioè stimolarle in modo controllato attraverso un lieve aumento di temperatura indotto dalle nanoparticelle attivate dalla luce. «Nelle cellule muscolari il calore stimola il meccanismo actina-miosina, cioè quello che genera la contrazione muscolare. Quindi, con la luce, si può indurre una contrazione muscolare mirata. Con le cellule neuronali il riscaldamento induce spike neuronali, cioè segnali elettrici, e anche il rilascio di acetilcolina, un neurotrasmettitore essenziale per la comunicazione tra neuroni e tra neuroni e muscoli» precisa Ciofani. Questi effetti si verificano ogni volta che viene acceso il laser, in modo preciso e controllabile.
Biodegradabili e sicure: la forza della polidopamina
L’innovazione rispetto a materiali tradizionali (come particelle d’oro o metalli) già utilizzati con la luce, è che queste particelle sono biodegradabili (ossia non si accumulano nei tessuti) e sono fatte di polidopamina, una sostanza derivata dalla dopamina, già naturalmente presente nel corpo. «Le nanoparticelle di polidopamina si degradano naturalmente, il che le rende adatte a un futuro utilizzo clinico -, sottolinea Ciofani -. Nel caso di particelle inorganiche come l’oro, anch’esse biocompatibili alla concentrazione di utilizzo, con diverse somministrazioni si va incontro a bioaccumulazione e a quel punto diventano tossiche».
Anche se si tratta ancora di ricerca di base, questa tecnologia ha potenziali applicazioni in diversi ambiti clinici. A partire dalle malattie muscolari e distrofie: «dove c’è un difetto nella contrazione muscolare le particelle possono agire come interruttori esterni, stimolando la contrazione delle fibre muscolari» spiega lo scienziato.
Nel caso di patologie del sistema nervoso centrale (come Alzheimer e Parkinson) o di malattie del motoneurone (come la Sla), in cui la comunicazione tra neuroni e muscoli è compromessa, queste particelle possono riattivare cellule che non rispondono più spontaneamente. «E in tutte le condizioni dove la trasmissione tra neuroni e muscoli è alterata, le particelle possono simulare o ripristinare l’attivazione cellulare, compensando il deficit funzionale», dice Ciofani.
Oltre a stimolare le cellule, queste particelle agiscono anche come antiossidanti, cioè riducono lo stress ossidativo (un danno cellulare causato dai radicali liberi) che normalmente si verifica durante il riscaldamento e che sono in eccesso in molte malattie neurodegenerative, come Alzheimer, Sla, Parkinson: «proteggono le cellule sane mentre stimolano le malate, rendendo l’approccio più preciso e meno dannoso». Rimanendo nel tessuto, continuano a proteggere le cellule nel tempo, contribuendo a migliorare la loro salute e stabilità.
Verso la clinica: dai moscerini alla luce negli organi
Una piattaforma nanotecnologica completamente italiana, frutto delle competenze maturate dal team coordinato da Gianni Ciofani nel campo della biofisica e delle interfacce tra materiali e biologia, e testata nei laboratori della Kanazawa University in Giappone guidati da Satoshi Arai, dove Alessio Carmignani dell’Iit ha svolto sei mesi di ricerche.
«Il nostro Paese e il Giappone hanno tecnologie molto avanzate, ma il Giappone beneficia di finanziamenti pubblici più cospicui e di un’infrastruttura di ricerca più capillare, che gli consente un avanzamento più rapido, soprattutto nelle tecnologie ibride tra biologico e non biologico», ammette Ciofani. La tecnologia è stata testata su modelli in vitro, su linee cellulari differenziate (cellule neuronali umane simil-neuronali e cellule muscolari murine) e sui moscerini della frutta, geneticamente modificati per esprimere un indicatore fluorescente che consente di monitorare l’attività neuronale in risposta alla stimolazione con laser.
I risultati dello studio proof of concept sono stati recentemente pubblicati su Acs Nano, e il team ora si aspetta di collaborare con gruppi di ricerca interni all’Iit specializzati in fibre ottiche, per esplorare la possibilità di trasferire questa tecnologia a modelli animali più complessi, come i roditori. «Vogliamo verificare se sia possibile portare la luce direttamente agli organi per stimolare le nanoparticelle in vivo -, conclude Ciofani - e al momento giusto creare una spin off per portare in clinica la nostra tecnologia».
Fonte della notizia: www.ilsole24ore.com