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Nanoparticles with switchable shells for virus sensing and inhibition

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Le nanoparticelle d’oro per una maggiore sensibilità diagnostica

Le nanoparticelle che imitano la natura potrebbero rivoluzionare la diagnostica medica e aprire la strada alla prossima generazione di farmaci antivirali.

Salute

I monostrati auto-assemblati (SAMs, self-assembled monolayers), ovvero strati di molecole organiche che si assemblano in modo spontaneo sulle superfici, sono un importante elemento della nanotecnologia moderna. Tra le potenziali applicazioni figura la fabbricazione di pellicole isolanti estremamente sottili e di dispositivi elettronici su nanoscala. «I monostrati auto-assemblati reversibili (rSAMs, reversible self-assembled monolayers) sono in grado di assemblarsi su superfici cariche elettricamente in modo reversibile, così da formare strati definiti a livello molecolare», osserva Börje Sellergren, coordinatore del progetto rSAMs-NANO e docente di tecnologie biomediche presso l’Università di Malmö in Svezia. «Questo comportamento dona loro delle proprietà biomimetiche potenzialmente interessanti». In particolare, Sellergren e Yulia Sergeeva, borsista di ricerca di Marie Skłodowska-Curie, erano interessati alla possibilità di applicare gli rSAMs allo scopo di imitare le modalità di interazione delle cellule con il loro ambiente circostante o il modo in cui reagiscono agli incontri con gli agenti patogeni. Ciò potrebbe risultare molto utile nei campi dell’ingegneria tessutale e del biorilevamento e, alla fine, per finalità di sviluppo di metodi volti a inibire le interazioni tra cellule ospiti e virus. «I principali benefici a livello potenziale offerti dall’impiego degli rSAMs che abbiamo individuato erano robustezza, facilità di fabbricazione, brevi tempi di realizzazione e costi bassi», afferma Sellergren. «I test virali basati su antigeni di oggi, ad esempio, si affidano ad anticorpi costosi che sono inoltre spesso difficili da produrre. Superare questi ostacoli potrebbe accelerare le azioni di risposta alla pandemia e incrementare la disponibilità globale di test».

Tecniche di diagnostica sensibili

Il progetto rSAMs-NANO si è pertanto prefisso di verificare l’ipotesi secondo cui l’applicazione degli rSAMs potrebbe consentire di migliorare la diagnostica medica e le tecniche terapeutiche esistenti. «Questa ricerca si è ispirata a lavori precedentemente pubblicati che avevano studiato gli inibitori dei patogeni basati su nanoparticelle», spiega Sellergren. «È stato ad esempio dimostrato che le nanoparticelle d’oro rivestite con glicani possiedono proprietà inibitorie promettenti nei confronti di particelle batteriche e virali». Queste nanoparticelle non erano tuttavia dotate delle caratteristiche biomimetiche e dinamiche degli rSAMs. Per testare l’ipotesi, il team del progetto ha depositato gli rSAMs in veste di gusci adattabili sulle nanoparticelle dal nucleo d’oro allo scopo di verificare la possibilità di ottenere una maggiore sensibilità diagnostica. «Abbiamo analizzato sistematicamente gli effetti esercitati dalle dimensioni delle nanoparticelle d’oro, dalle proprietà dello strato ancorato e dalla composizione degli rSAMs sulla stabilità delle particelle nucleo-guscio», aggiunge Sellergren. «Siamo stati in grado di individuare una combinazione unica che ci ha consentito di ottenere una condizione di stabilità». L’efficienza nel rilevamento dell’infezione offerta da queste nanoparticelle dotate di guscio dinamico è stata sperimentata mediante l’impiego di proteine capsidiche e particelle virali inattive. I sensori a nanoparticelle, per esempio, sono stati convalidati per diversi ceppi del virus influenzale. Durante questi esperimenti, il progetto ha scoperto che le nanoparticelle modificate da ligandi hanno interagito intensamente con i loro recettori. «Inoltre, la mobilità dei ligandi ha rafforzato significativamente il legame bersaglio, il che, a sua volta, ha portato a sensibilità di rilevamento che hanno superato quelle registrate con recettori alternativi, quali gli anticorpi. In ultima analisi, siamo riusciti a dimostrare di poter produrre nanoparticelle con guscio di rSAMs e nucleo d’oro», dichiara Sellergren. «È stato quindi osservato che tali nanoparticelle interagivano fortemente con i loro recettori».

Una rivoluzione nel campo del biorilevamento

Questi risultati potrebbero rappresentare una svolta significativa per il biorilevamento biomimetico e le tecniche diagnostiche. I materiali introdotti dal progetto sono stati brevettati dai loro inventori e sono attualmente utilizzati da una piccola start-up istituita a seguito del completamento del progetto. Sono al momento in corso delle trattative per gli accordi di licenza. Le tecniche introdotte con il progetto rSAMs-NANO potrebbero teoricamente essere usate anche per inibire l’ingresso del virus attraverso il blocco del recettore nelle prime fasi dell’infezione. Questo sviluppo potrebbe suscitare l’interesse del settore farmaceutico, con l’obiettivo futuro di sviluppare farmaci antivirali di prossima generazione. «Con questo progetto, sostenuto dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, abbiamo inoltre cercato di supportare un ricercatore dotato di eccezionali competenze in questo campo di studi», osserva Sellergren, che conclude: «Tali competenze corrispondevano in modo perfetto a ciò di cui avevamo bisogno per compiere progressi verso il raggiungimento dei nostri obiettivi».

Parole chiave

rSAMs-NANO, nanotecnologia, SAMs, biomimetico, virus, cellula, oro, nanoparticelle

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