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Che vi sia luce, molta luce, per un facile rilevamento delle biomolecole

Le sonde fluorescenti che si illuminano in presenza di molecole bersaglio sono come fari nella notte. Una ricerca finanziata dall’UE ha reso le sonde a nanoparticelle così luminose da poter essere potenzialmente rilevate con uno smartphone.

Ricerca di base
Salute

Il miglioramento della luminosità di sonde fluorescenti altamente specifiche aumenta la loro sensibilità al rilevamento di singole molecole. Ciò è fondamentale per numerose applicazioni, dalla diagnostica medica al monitoraggio ambientale. Il progetto BrightSens, finanziato dall’UE, ha ottenuto una luminosità delle sonde fluorescenti senza precedenti utilizzando nanoparticelle fluorescenti su misura. In linea di principio, questo apre le porte a una diagnostica decentrata estremamente accurata che utilizza sistemi di telecamere standard economici, forse persino uno smartphone.

Forza (del segnale) in cifre

Con BrightSens, il team, guidato dal ricercatore principale Andrey Klymchenko, è riuscito a racchiudere migliaia di molecole di colorante fluorescente in una singola nanoparticella che funge da «nanoantenna». È stata poi modificata la superficie della nanoparticella con acidi nucleici (o proteine) per riuscire a riconoscere biomolecole di interesse. Questi erano collegati a speciali «interruttori» molecolari (accettori di energia) sulla superficie delle nanoparticelle che attivano l’emissione di luce di 100-1 000 coloranti incapsulati in risposta a un singolo evento di riconoscimento della biomolecola. Andrey Klymchenko, che per questo progetto ha ricevuto una sovvenzione dal Consiglio europeo della ricerca (CER), spiega: «La caratteristica unica delle nostre nanoparticelle è che migliaia di coloranti incapsulati sono in grado di comunicare con una sola molecola di accettore di energia. I coloranti si comportano come un’orchestra: il “direttore” (l’accettore di energia) li controlla simultaneamente tutti. Di conseguenza, il segnale di un singolo accettore viene amplificato di circa 1 000 volte». Tale amplificazione ha permesso il primo rilevamento di singole molecole fluorescenti a condizioni di eccitazione equivalenti alla luce solare ambientale. A partire da ciò, il team ha sviluppato il prototipo di una nanosonda per il rilevamento del DNA amplificato, raggiungendo una sensibilità di rivelazione fino a singole molecole di DNA/RNA. Il team ha depositato due brevetti per questi risultati, tra i cinque in totale per i risultati del progetto BrightSens fino ad oggi. Un fattore chiave per l’amplificazione pionieristica dell’emissione di luce è stato l’uso di innovativi «distanziatori» ionici che impediscono la sovrapposizione di molecole di colorante piatte nelle nanoparticelle e la creazione di aggregati non fluorescenti. Una speciale progettazione polimerica ha permesso di ridurre la dimensione delle nanoparticelle da 40 nm a 9 nm, agevolandone la diffusione libera all’interno della cellula. «Queste nanoparticelle sono tra i nano-oggetti più brillanti finora riportati, circa 100 volte più luminosi dei punti quantici, i minuscoli semiconduttori che hanno rappresentato per molti anni lo standard di riferimento per le nanoparticelle luminose», afferma Klymchenko. L’approccio è stato esteso ad altri coloranti, fornendo nanoparticelle di diversi colori. Klymchenko afferma che «la miscelazione di nanoparticelle di tre colori come in una stampante a colori ci ha permesso di “dotare di codice a barre” cellule vive in un massimo di 13 colori e conseguentemente di monitorarle per più di 2 settimane». Queste nanoparticelle con codice a barre sono già state commercializzate dalla società francese di biotecnologie Lymphobank.

Verso la diagnostica medica decentrata con uno smartphone

La tecnologia pionieristica di BrightSens apre le porte al rilevamento di biomolecole bersaglio con dispositivi molto semplici. Il team sta studiando la concessione in licenza dei loro brevetti a diverse società di biotecnologie e sta creando una start-up per commercializzare le nanosonde sviluppate. Klymchenko riassume: «contrariamente ai protocolli esistenti, la nostra tecnologia consentirà una diagnostica rapida, semplice ed economica. Inoltre, le sonde accelereranno la ricerca cellulare sul cancro e altre malattie che coinvolgono il rilevamento e l’imaging di mRNA e microRNA».

Parole chiave

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