La chirurgia cellulare tramite la nanotecnologia
Il campo della bioingegneria cellulare utilizza metodi di ingegnerizzazione per indagare e studiare i sistemi biologici. Spesso ciò richiede lo scompaginamento di organelli all’interno di cellule viventi o tessuto, senza effetti avversi né compromissioni a carico della vitalità della cellula o dell’organismo. Per rispondere adeguatamente alle sfide tecnologiche riscontrate nello studio a livello microscopico, i ricercatori hanno utilizzato la tecnologia dei laser ultraveloci e tecnologie emergenti dalle nanoscienze. Il progetto LIGHT2NANOGENE (Cellular bioengineering by plasmonic enhanced laser nanosurgery), finanziato dall’UE, ha ottimizzato una nuova tecnologia per la nanochirurgia di cellule viventi, vale a dire la nanochirurgia laser potenziata plasmonica, per introdurre materiale esogeno attraverso la membrana delle cellule staminali del carcinoma mammario. L’intento era di silenziare l’espressione di geni chiave implicati nel comportamento aggressivo di tali cellule e ridurre le metastasi del carcinoma mammario. Nel metodo LIGHT2NANOGENE conflusicono la plasmonica e i laser ultraveloci per una nanochirurgia cellullare ad alta intensità di elaborazione, mentre una fibra ottica integrata nello strumento nanochirurgico assiste le applicazioni in vivo. I ricercatori hanno sviluppato per la prima volta un metodo di immaginografia avanzato, diretto a studiare le interazioni di nanoparticelle laser ultraveloci e nanobolle. Oltre alla rilevazione, la tecnica sviluppata ha consentito la caratterizzazione di tali vettori di energia dinamica. I dati acquisiti per le singole nanoparticelle sono serviti per costruire un modello teorico per ottimizzare le proprietà delle nanobolle ai fini di applicazioni biomediche. Le nanoparticelle d’oro hanno generato nanobolle estremamente confinate e transitorie, che ne indicano l’idoneità all’uso in vivo con livelli minimi di citotossicità e immunogenicità. Tali nanobolle, insieme a un irradiamento a impulsi multipli, hanno determinato una perforazione efficiente della membrana delle cellule del carcinoma mammario umano. Gli scienziati hanno raggiunto un’efficienza di perforazione quasi dell’80 %, con una citotossicità inferiore al 10 %. Le nanoparticelle d’oro hanno funzionato anche a livello tissutale inducendo la nanocavitazione e rimanendo al tempo stesso intatte. Il sistema laser LIGHT2NANOGENE, basato su fibra ottica, portatile e poco costoso è perfetto per la nanochirurgia cellulare. L’uso combinato di irradiamento laser e nanoparticelle sarà utile agli scienziati per estendere le applicazioni di bioingegneria cellulare sia ai fini della ricerca che a scopo terapeutico.
Parole chiave
Nanochirurgia, LIGHT2NANOGENE, cellule staminali del carcinoma mammario, nanobolle, nanoparticelle d’oro
