Gli scienziati della UC Berkeley stanno progettando nanosonde intelligenti, chiamati nanocorallo, attaccarsi selettivamente alle cellule cancerose, fornire farmaci terapeutici e riferire sull'ambiente molecolare locale. Un lato dei nanocoral è progettato per colpire selettivamente la cellula, mentre l'altro ha una superficie ruvida per rilevare le particelle chimiche rivelatrici nell'ambiente. (Benjamin Ross e Liz Wu, UC Berkeley)
(PhysOrg.com) -- Gli scienziati della UC Berkeley hanno creato nanosonde intelligenti che un giorno potrebbero essere utilizzate nella battaglia contro il cancro per cercare e distruggere selettivamente le cellule tumorali, oltre a riferire sullo stato della missione. Il team di ricerca ha creato sonde multifunzionali, che hanno soprannominato nanocorali.
Un piccolo numero di gruppi di ricerca in tutto il mondo ha sviluppato nanosonde specifiche per target negli ultimi 10 anni nel tentativo di ridurre - e forse eliminare - il danno tossico che la chemioterapia assume sulle cellule sane che risiedono vicino alle loro controparti malate.
Cosa era mancato, però, è un meccanismo mediante il quale le nanosonde potrebbero non solo trovare la cellula cancerosa, ma anche trasmettere informazioni una volta che si sono agganciati al bersaglio. Il team dell'UC Berkeley ha creato tali sonde multifunzionali, che hanno soprannominato nanocorali.
Lo sviluppo dei nuovi nanocoral è la storia di copertina del numero cartaceo del 22 febbraio della rivista peer-reviewed Piccolo .
"Se stai inviando un satellite nello spazio, ne hai bisogno per fare più di una cosa. Deve raggiungere il suo obiettivo, rilevare l'ambiente circostante, e comunicare con il controllo a terra, " ha detto Luke Lee, Lloyd Distinguished Professor di Bioingegneria all'UC Berkeley e capo del team dell'UC Berkeley che ha sviluppato il nanocorallo. "Lo stesso vale nella galassia molecolare. Abbiamo bisogno di sonde in grado di trovare una cellula malata, trattarlo, e parlaci dell'ambiente locale in modo da poter determinare se il trattamento funziona. Le sonde a nanocorallo che abbiamo inventato sono un passo importante in questa direzione".
Le minuscole sonde misurano poche centinaia di nanometri di diametro, un millesimo della larghezza di un capello umano, e un centesimo delle dimensioni della maggior parte delle cellule tumorali. L'intuizione del team è stata quella di combinare materiali diversi:oro ruvido su un lato, e polistirolo liscio dall'altro — su una singola sonda.
Il nome della nuova sonda è ispirato ai coralli marini naturali, che utilizzano superfici ruvide per migliorare la cattura della luce e delle particelle di cibo.
"Come i coralli naturali, la superficie del nanocorallo altamente ruvida è progettata per catturare le molecole vicino alle sonde, e segnalare la loro presenza ai ricercatori, " ha detto Benjamin Ross, un dottorato di ricerca studente nel programma di scienze e tecnologie applicate della UC Berkeley, e uno dei due co-autori principali dello studio. "Il tipo di molecole presenti - o assenti - sulla superficie della cellula può fornire segni rivelatori di come una cellula sta reagendo al nuovo farmaco in corso di somministrazione".
Il lato sensibile del nanocorallo si basa su una tecnica chiamata spettroscopia Raman con superficie potenziata (SERS), che sfrutta le eccitazioni elettromagnetiche che si verificano quando le molecole entrano in contatto con la superficie ruvida di un metallo, come l'oro. Le molecole producono oscillazioni che risuonano a frequenze tipiche quando esposte alla luce laser, rivelando la loro presenza agli scienziati.
I ricercatori hanno verificato la sensibilità del nanocorallo misurando la sua capacità di rilevare un composto chimico standard per la spettroscopia Raman.
Per far sì che il nanocorallo colpisca cellule specifiche, i ricercatori hanno sfruttato la capacità di attaccare gli anticorpi alle superfici polimeriche.
"Possiamo adattare il nanocorallo alle cellule cancerose di interesse attaccando gli anticorpi appropriati, " ha detto l'altro co-autore dello studio, Liz Wu, che ha condotto questa ricerca come Ph.D. studente del corso di Scienze e Tecnologie Applicate.
I ricercatori hanno dimostrato questo concetto rivestendo la superficie del polistirene con anticorpi che attaccano il recettore 2 del fattore di crescita epidermico umano (HER-2), un obiettivo ben noto per il trattamento del cancro poiché è spesso sovraespresso nelle forme aggressive di cancro al seno. Hanno confermato sia con immagini in campo chiaro che fluorescenti che il nanocorallo si è attaccato alle cellule del cancro al seno con i recettori HER-2, mentre gli esperimenti di controllo hanno mostrato che non si verificava alcun legame quando venivano utilizzati anticorpi diversi o quando venivano utilizzate cellule prive di HER-2.
"Siamo ancora nelle prime fasi di sviluppo, ma siamo ottimisti sul fatto che i nanocoralli alla fine diventeranno utili strumenti diagnostici e terapeutici per un'ampia gamma di tumori, " ha detto Lee. "Questo ci consentirà potenzialmente non solo di consegnare un farmaco, ma anche per vedere la risposta in tempo reale a livello subcellulare".
Un altro coautore dello studio è SoonGweon Hong, Studente laureato in bioingegneria alla UC Berkeley.
