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Ecco a voi le nanoparticelle teranostiche, biomimetiche e sito-specifiche

Nel webinar NINE del 22 novembre, è stata nostra ospite la professoressa Valentina Cauda, docente del Politecnico di Torino e capo del laboratorio TrojaNanoHorse, la cui mission è sviluppare una nuova generazione di nanocostrutti multifunzionali teranostici (terapeutici e diagnostici) per il trattamento e la cura del cancro.

L’evento è partito con una breve panoramica riguardo la patologia e la sua diffusione, presentando l’apporto che la nanomedicina può dare nella battaglia contro di essa. Le nanoparticelle teranostiche, infatti, permettono lo sviluppo di una terapia mirata ed efficace, affiancata a possibilità di monitoraggio ed imaging, nonché ad ingenti risparmi per il sistema sanitario.

I nanocostrutti presentati dalla professoressa Cauda si basano su un core terapeutico e con funzione di imaging, basato sull’ossido di zinco, circondato poi da una doppia membrana lipidica con funzione biomimetica, sulla cui superficie sono presenti antigeni in grado di rendere selettivo l’attacco, proprio nei confronti delle cellule cancerogene.

La sintesi dell’ossido di zinco, in seguito a diversi miglioramenti nel processo di produzione, viene ad oggi portata avanti grazie all’utilizzo di microonde, in grado di garantire una distribuzione dimensionale omogenea e alta riproducibilità. La funzionalizzazione del core procede poi grazie a delle molecole di APTMS (amminopropili), in grado di innalzare il potenziale Z del costrutto. Il passaggio successivo, poi, è quello di ottenere una buona biocompatibilità coi fluidi corporei, grazie ad una modifica superficiale in grado di rendere chimicamente stabili i costrutti a base di ZnO, valutandone in un secondo momento l’efficacia.

Un primo passo in questa direzione viene fatto attraverso una shell lipidica, che rende le nanoparticelle stabili in un mezzo biologico per un lungo periodo (fino a 25 giorni). L’efficacia di questo strato, comprovata da diverse analisi in altrettanti fluidi (acqua distillata, simulazione di fluidi corporei etc.) è dovuta alla prevenzione dell’aggregazione di questi sistemi.

Al fine di migliorare la biocompatibilità possono essere poi usate le cosiddette vescicole extracellulari (EV), presenti in numerosi fluidi corporei. Queste vescicole possono essere prelevate dal paziente (segue poi una estrazione tramite centrifugazione differenziale ed una fase di caratterizzazione), ed essere utilizzate come mezzo di drug delivery, grazie alla loro naturale stabilità nel sangue, unita ad una ottima biocompatibilità e all’abilità intrinseca di targeting. I nanocostrutti vengono quindi incapsulati nelle EV tramite diversi metodi, ottenendo quindi i TNH (TrojaNanoHorse, per l’appunto) grazie ad una procedura di accoppiamento. La caratterizzazione, eseguita tramite fluorescenza, mostra una efficacia nel coupling del 68%, ed un aumento della stabilità colloidale.

L’interazione con le cellule viventi ha poi messo in luce alcune problematiche sorte in seguito all’approvvigionamento di EV direttamente dalle cellule cancerogene, alle quali sono quindi state preferiti linfociti sani, di tipo B. In questo secondo caso, il meccanismo di caricamento con i core è da definirsi attivo, in quanto basato su cicli di congelamento e scongelamento in grado di produrre frammenti di ghiaccio in grado di “bucare” la membrana, incrementando l’incapsulamento.

Per ottenere un nanosistema in grado di focalizzare la propria azione su determinate molecole, la superficie dei THN è stata poi decorata con degli antigeni specifici degli organismi da attaccare. L’efficacia è stata ancora una volta dimostrata dai numerosi test sperimentali eseguiti in laboratorio.

Per ottenere infine una terapia e un imaging che siano stimolo-responsivi, il laboratorio ha implementato una tecnica a ultrasuoni in grado di produrre un effetto citotossico “on-demand”, tramite una sinergia tra danneggiamento meccanico (per cavitazione acustica) e creazione di ROS (Reactive Oxygen Species) all’interno delle cellule cancerogene. Il tutto permette inoltre di avere benefici anche dal punto di vista dell’imaging, grazie alla sonoluminescenza che si può sfruttare.

A valle dell’evento, la CT di Medicina e Biotecnologie ringrazia a nome di NINE tutti i Soci presenti, e la nostra ospite per l’intrigante webinar! L’appuntamento è per il prossimo evento!

/da

Luce, nanostrutture e la retina artificiale

Giovedì 28 ottobre si è tenuto nelle aule dell’Ateneo il seminario Sistemi a bassa dimensionalità per la bioingegneria, ospite il professor Guglielmo Lanzani dal Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano e coordinatore del CNST, il Center for Nano Science and Technology (IIT). Si è trattato del secondo evento in presenza per NINE, con partecipazione dei nostri Soci anche da remoto.

Partendo con un’introduzione sui diversi esempi di nanotecnologia in natura, il professor Lanzani ha indicato alcuni fondamenti teorici alla base della progettazione di nanomateriali e nanostrutture, evidenziandone le grandi possibilità in termini di modulazione delle proprietà ottiche ed elettroniche che nascono dal controllo delle dimensioni di tali sistemi. Replicare artificialmente fenomeni legati al confinamento quantico di strutture naturali è la chiave, ad esempio, per conseguire la realizzazione di colori strutturali, basati cioè sulla modalità di propagazione della luce in un materiale invece che su un pigmento.

Nel prosieguo, il nostro ospite ha esaminato altri aspetti peculiari della materia alla nanoscala: effetti superficiali, fenomeni legati all’interazione tra molecole in fase liquida, esempi di nanostrutture totalmente innovative rispetto alla materia alla scala macroscopica. Le potenzialità offerte da superfici e architetture opportunamente ingegnerizzate si sono dimostrate notevoli già in passato e continueranno a fornire spunti di innovazione tecnologica.

Nell’ultima parte del seminario, ai Soci è stato infine illustrato un progetto di ricerca coordinato dal professor Lanzani, che ha portato alla realizzazione del primo prototipo di retina artificiale liquida, con annessi risultati sperimentali e possibili sviluppi futuri. Questa rivoluzionaria scoperta, infatti, potrà portare notevoli benefici agli individui affetti da malattie degenerative della vista, quali retinite pigmentosa e degenerazione maculare.

La CT Medicina e Biotecnologie ringrazia vivamente tutti i Soci presenti e il professor Lanzani per l’interessante e coinvolgente seminario! Appuntamento al prossimo evento!

/da

La tecnologia incontra l’attualità: nanomedicina!

Lunedì 26 aprile, tramite canali telematici, si è tenuto un il seminario Nanomedicina: principi e applicazioni durante il quale NINE ha ospitato il professor Francesco Cellesi del Politecnico di Milano. Si è parlato di nanomateriali e delle loro applicazioni in ambito medico, per diversi scopi, a testimonianza di quanto sia multidisciplinare questo argomento.

Durante il webinar è stata offerta una panoramica su alcune questioni di rilevanza nell’impiego di materiali in scala nanometrica, ad esempio nella cura di patologie tumorali, nel targeting di determinate cellule e nell’impiego di nanoparticelle inorganiche tra cui NP superparamegnetiche, quantum dot, NP di oro. A ciò è seguita una digressione sulla progettazione di nanovettori, in funzione dell’applicazione e in base a ragionamenti nell’ambito delle proprietà chimico-fisiche dei materiali.

Il professor Cellesi ha chiarito come, in questo senso, occorra tenere conto della biodistribuzione, dell’opsonizzazione (un fenomeno che fa parte della risposta immunitaria, e che porta eventualmente alla fagocitosi), della funzionalizzazione superficiale e della distribuzione dimensionale. I carrier non devono essere né troppo piccoli, per evitarne l’espulsione, né troppo grandi, per non incorrere in un loro accumulo nei tessuti più vascolarizzati, che possono non essere il target del farmaco. Non è importante solo il valor medio della dimensione, ma si cerca anche di ottenere una monodimensionalità delle particelle, al fine di ottenere un comportamento omogeneo e risposte uniformi tra di loro. La tecnologia del Dynamic Light Scattering può essere un ottimo metodo, tramite l’analisi di segnali luminosi diffusi, di analizzare questo parametro. La stabilità colloidale, infine, è un altro fattore chiave da tenere in considerazione.

Nella seconda parte del seminario l’attenzione si è spostata invece sulle barriere biologiche. Per raggiungere i propri target, le nanoparticelle devono superare un certo numero di barriere biologiche, come ad esempio i vasi sanguigni e le membrane cellulari.

Dopo aver esaminato alcuni casi pratici ed applicativi, il nostro ospite ha accennato infine anche ai nanovaccini, tematica di assoluta attualità, per poi concludere con una breve presentazione dell’insegnamento di Nanomedicine da lui stesso tenuto e di alcuni possibili progetti di tesi riguardanti queste tematiche.

Ringraziamo vivamente tutti i Soci presenti ed il professor Cellesi per l’interessante seminario, sperando in future collaborazioni! La Commissione Tematica Medicina e Biotecnologie continuerà a esplorare le più interessanti possibilità di approfondimento in vista dei prossimi eventi!

/da