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  • Il progetto studia il controllo remoto degli enzimi usando la luce

    Immagini al microscopio elettronico a trasmissione di nanosfere d'oro (A e B) e nanostelle (C e D) coniugate con lipasi CaLB, e spettri (E) di nanosfere d'oro (curva rossa) e nanostelle (curva blu) che mostrano segnali LSPR rispetto alla lunghezza d'onda del laser infrarosso (linea tratteggiata nera) (immagine:Heloise Ribeiro de Barros/IQ-USP). Credito:FAPESP

    L'attività degli enzimi nei processi industriali, laboratori, e gli esseri viventi possono essere controllati a distanza usando la luce. Ciò richiede la loro immobilizzazione sulla superficie delle nanoparticelle e l'irradiazione con un laser. La luce del vicino infrarosso può penetrare nei tessuti viventi senza danneggiarli. Le nanoparticelle assorbono l'energia della radiazione e la rilasciano sotto forma di calore o effetti elettronici, innescando o intensificando l'attività catalitica degli enzimi. Questo configura un nuovo campo di studio noto come biocatalisi plasmonica.

    La ricerca condotta presso l'Istituto di chimica dell'Università di San Paolo (IQ-USP) in Brasile ha studiato l'attività di enzimi immobilizzati su nanoparticelle d'oro controllate dall'irradiazione laser a infrarossi. Un articolo che riporta i risultati è pubblicato in Catalisi ACS , una rivista dell'American Chemical Society.

    Lo studio è stato sostenuto dalla São Paulo Research Foundation—FAPESP tramite una borsa di studio post-dottorato e una borsa di studio per uno stage di ricerca all'estero assegnato all'autore principale, Heloise Ribeiro de Barros; una sovvenzione per apparecchiature multiutente; e il Progetto Tematico "Ottimizzazione delle proprietà fisico-chimiche di materiali nanostrutturati per applicazioni nel riconoscimento molecolare, catalisi e conversione/stoccaggio di energia", guidato da Roberto Manuel Torresi.

    "Abbiamo usato una lipasi [CaLB] come enzima modello, immobilizzato su nanoparticelle d'oro con due forme:sfere e stelle, " Ribeiro de Barros ha detto. "Il laser a infrarossi ha accelerato l'attività dell'enzima in modo non invasivo semplicemente irradiandolo con luce esterna".

    Lo studio ha mostrato che non solo la composizione del materiale, ma anche la sua geometria ha influenzato l'effetto delle nanoparticelle sull'enzima. "L'attività enzimatica è stata notevolmente migliorata quando la lipasi è stata immobilizzata su nanostelle d'oro, mostrando un aumento fino al 58%, "Ribeiro de Barros ha detto. "In confronto, le nanosfere d'oro hanno promosso un aumento molto più contenuto del 13%. L'aumento maggiore corrispondeva all'effetto della risonanza tra le superfici delle nanostelle e alla radiazione del laser".

    La grandezza qui considerata è la risonanza plasmonica superficiale localizzata (LSPR). Mentre l'LSPR delle nanosfere assorbe a 525 nanometri, quello delle nanostelle raggiunge i 700 nm, molto più vicino alla lunghezza d'onda del laser infrarosso, che è 808 nm.

    "La luce incidente innesca processi energetici nelle nanoparticelle d'oro, come un aumento della temperatura o effetti elettronici, e questo influenza le proprietà degli enzimi che sono immobilizzati sulle loro superfici, " Ribeiro de Barros ha detto. "È stato possibile concludere che il riscaldamento fototermico localizzato sulle superfici delle nanostelle d'oro promosso dall'eccitazione LSPR ha portato a una maggiore biocatalisi della lipasi. Questa conclusione può essere estesa ad altre combinazioni di enzimi e nanoparticelle plasmoniche".

    L'ampia gamma di potenziali applicazioni include la biocatalisi per accelerare le reazioni chimiche su scala industriale e il controllo in vivo degli enzimi che causano malattie. In un futuro più lontano, questo tipo di processo potrebbe essere utilizzato per trattare malattie come il Parkinson e l'Alzheimer. Saranno necessarie ulteriori ricerche prima che possa diventare una vera alternativa, Certo.

    "Dal punto di vista medico, lo scopo principale dello studio è stato quello di indicare soluzioni nel prossimo futuro per il trattamento delle malattie senza la necessità di interventi chirurgici invasivi e con un approccio spaziale e temporale specifico per evitare gli effetti collaterali delle attuali metodiche, "Ha detto Ribeiro de Barros.


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