(PhysOrg.com) -- I bioingegneri della Duke University non solo hanno trovato un modo per intrufolare spie molecolari attraverso le pareti delle singole cellule, ora possono inserirli nel centro di comando - o nucleo - di quelle cellule, dove possono riportare informazioni importanti o scaricare payload.

Usando nanoparticelle d'argento ricoperte da una proteina del virus HIV che ha una straordinaria capacità di penetrare nelle cellule umane, gli scienziati hanno dimostrato che possono entrare nel funzionamento interno del nucleo e rilevare sottili segnali luminosi dalla "spia".

Affinché queste nano-spie siano efficaci, non solo devono superare la prima linea di difesa della cellula, la parete cellulare, ma devono essere in grado di entrare nel nucleo.

L'obiettivo finale è essere in grado di individuare il più presto possibile il momento in cui il materiale genetico all'interno di una cellula inizia a diventare anormale, portando a una serie di disturbi, soprattutto il cancro.

La scoperta mostra anche come farmaci o altri carichi utili potrebbero essere consegnati direttamente nel nucleo.

"Questo nuovo metodo per entrare e rilevare esattamente cosa sta succedendo nel nucleo della cellula ha vantaggi distinti rispetto ai metodi attuali, " disse Molly Gregas, uno studente laureato nel laboratorio di Tuan Vo-Dinh, R. Eugene e Susie E. Goodson Distinguished Professor di ingegneria biomedica, professore di chimica e direttore del Fitzpatrick Institute for Photonics presso la Duke's Pratt School of Engineering.

"La capacità di posizionare queste nanoparticelle nel nucleo di una cellula e raccogliere informazioni utilizzando la luce ha potenziali implicazioni per il trattamento selettivo della malattia, " Ha detto Gregas. "Prevediamo che questo approccio aiuterà anche gli scienziati di base mentre cercano di capire meglio cosa si verifica all'interno del nucleo di una cellula".

I ricercatori della Duke hanno riportato le loro scoperte in una serie di articoli, culminato nell'ultimo numero di Nanomedicina , che è stato pubblicato online. La ricerca è stata sostenuta dal National Institutes of Health.

I ricercatori hanno accoppiato minuscole particelle di argento, un metallo che non viene rifiutato dalle cellule ed è un efficiente riflettore di luce, con una piccola porzione della proteina HIV responsabile della sua capacità altamente efficiente di entrare in una cellula e nel suo nucleo. In questo caso, i ricercatori hanno sfruttato solo la capacità dell'HIV di sgattaiolare oltre le difese cellulari, mentre spogliando la sua capacità di assumere il controllo del macchinario genetico della cellula e causare malattie.

"Questa combinazione sfrutta la piccolezza della nanoparticella e le 'istruzioni per la consegna' della proteina HIV, " ha spiegato Gregas. "Una volta che possiamo ottenere quella nanoparticella nel nucleo, abbiamo molte opzioni. Possiamo ad esempio fornire una sorta di carico utile e poi osservarne gli effetti all'interno del nucleo".

È qui che entra in gioco una tecnica ottica vecchia di quattro decenni nota come diffusione Raman (SERS) potenziata dalla superficie. Viene utilizzato qui come tecnica di imaging sensibile per dimostrare che le nanoparticelle e i loro carichi utili sono entrati con successo nel nucleo.

Quando la luce, di solito da un laser, è brillato su un campione, la molecola bersaglio vibra e diffonde la sua luce unica, spesso indicato come dispersione Raman. Però, questa risposta Raman è estremamente debole. Quando la molecola bersaglio è accoppiata con una nanoparticella metallica, la risposta Raman è notevolmente potenziata dall'effetto SERS -- spesso di più di un milione di volte, Vo-Dinh ha detto.

All'inizio degli anni '80, mentre all'Oak Ridge National Laboratory nel Tennessee, Vo-Dinh e colleghi sono stati tra i primi a dimostrare che il SERS può essere messo in pratica per rilevare sostanze chimiche, compresi gli agenti cancerogeni, inquinanti ambientali e marker precoci di malattia. Al Duca, Vo-Dinh sta spingendo i confini della tecnologia SERS per il rilevamento biomedico e l'imaging molecolare.

"Il nostro obiettivo finale è sviluppare un sistema di somministrazione su scala nanometrica che possa rilasciare il suo carico utile - in questo caso nanoparticelle con altri agenti attaccati - in una cellula per migliorare l'efficacia di un trattamento farmacologico, "Vo-Dinh ha detto. "Teoricamente, potremmo "caricare" queste nanoparticelle con molte cose che ci interessano - per esempio una nanosonda per un gene del cancro - e inserirle nel nucleo di una cellula. Questo ci fornirebbe un segnale di avvertimento della malattia nella sua fase iniziale, consentendo così un trattamento più rapido ed efficace."

Gli esperimenti attuali sono stati condotti con cellule viventi in laboratorio. Nuovi esperimenti si stanno concentrando sull'utilizzo di questo approccio in modelli animali per determinare come funziona in un sistema vivente complesso.