L'ossido nitrico (NO) è una delle molecole di segnalazione più importanti nelle cellule viventi, trasportare messaggi all'interno del cervello e coordinare le funzioni del sistema immunitario. In molte cellule cancerose, i livelli sono perturbati, ma si sa molto poco su come l'NO si comporta sia nelle cellule sane che in quelle cancerose.

"L'ossido nitrico ha ruoli contraddittori nella progressione del cancro, e abbiamo bisogno di nuovi strumenti per capirlo meglio, "dice Michele Strano, il Carbon P. Dubbs Professore di Ingegneria Chimica al MIT. "Il nostro lavoro fornisce un nuovo strumento per misurare questa importante molecola, e potenzialmente altri, nel corpo stesso e in tempo reale."

Guidato dalla postdoc Nicole Iverson, Il laboratorio di Strano ha costruito un sensore in grado di monitorare l'NO negli animali vivi per più di un anno. I sensori, descritto nel numero del 3 novembre di Nanotecnologia della natura , può essere impiantato sotto la pelle e utilizzato per monitorare l'infiammazione, un processo che produce NO. Questa è la prima dimostrazione che i nanosensori potrebbero essere utilizzati all'interno del corpo per questo lungo periodo di tempo.

Tali sensori, fatto di nanotubi di carbonio, potrebbe anche essere adattato per rilevare altre molecole, compreso il glucosio. Il team di Strano sta ora lavorando su sensori che potrebbero essere impiantati sotto la pelle dei pazienti diabetici per monitorare i loro livelli di glucosio o insulina, eliminando la necessità di prelevare campioni di sangue.

Sensori a breve e lungo termine

Nanotubi di carbonio:cavi, cilindri spessi un nanometro realizzati in puro carbonio hanno suscitato grande interesse come sensori. Il laboratorio di Strano ha recentemente sviluppato sensori di nanotubi di carbonio per una varietà di molecole, compreso il perossido di idrogeno e agenti tossici come il gas nervino Sarin. Tali sensori sfruttano la fluorescenza naturale dei nanotubi di carbonio, accoppiandoli a una molecola che si lega a un bersaglio specifico. Quando il bersaglio è vincolato, la fluorescenza dei tubi si illumina o si attenua.

Il laboratorio di Strano ha precedentemente dimostrato che i nanotubi di carbonio possono rilevare l'NO se i tubi sono avvolti nel DNA con una sequenza particolare. Nel nuovo giornale, i ricercatori hanno modificato i nanotubi per creare due diversi tipi di sensori:uno che può essere iniettato nel flusso sanguigno per il monitoraggio a breve termine, e un altro che è incorporato in un gel in modo che possa essere impiantato a lungo termine sotto la pelle.

Per rendere le particelle iniettabili, Iverson ha attaccato PEG, un polimero biocompatibile che inibisce l'aggregazione di particelle nel flusso sanguigno. Ha scoperto che quando iniettato nei topi, le particelle possono fluire attraverso i polmoni e il cuore senza causare alcun danno. La maggior parte delle particelle si accumula nel fegato, dove possono essere utilizzati per monitorare l'NO associato all'infiammazione.

"Finora abbiamo guardato solo al fegato, ma vediamo che rimane nel flusso sanguigno e va ai reni. Potenzialmente potremmo studiare tutte le diverse aree del corpo con questa nanoparticella iniettabile, "dice Iverson.

Il sensore a lungo termine è costituito da nanotubi incorporati in un gel a base di alginato, un polimero che si trova nelle alghe. Una volta che questo gel è stato impiantato sotto la pelle dei topi, rimane in sede e rimane funzionante per 400 giorni; i ricercatori ritengono che potrebbe durare anche di più. Questo tipo di sensore potrebbe essere utilizzato per monitorare il cancro o altre malattie infiammatorie, o per rilevare reazioni immunitarie in pazienti con anche artificiali o altri dispositivi impiantati, secondo i ricercatori.

Una volta che i sensori sono nel corpo, i ricercatori puntano su di loro un laser nel vicino infrarosso, producendo un segnale fluorescente vicino all'infrarosso che può essere letto utilizzando uno strumento in grado di distinguere tra nanotubi e altra fluorescenza di fondo.

Monitoraggio del glucosio

Iverson sta ora lavorando per adattare la tecnologia per rilevare il glucosio, avvolgendo diversi tipi di molecole attorno ai nanotubi.

La maggior parte dei pazienti diabetici deve pungersi le dita più volte al giorno per prendere le letture della glicemia. Sebbene siano disponibili sensori elettrochimici per il glucosio che possono essere attaccati alla pelle, quei sensori durano solo una settimana al massimo, e c'è il rischio di infezione perché l'elettrodo perfora la pelle.

Per di più, Strano dice, la tecnologia dei sensori elettrochimici non è abbastanza accurata da essere incorporata nel tipo di sistema di monitoraggio a circuito chiuso su cui gli scienziati stanno ora lavorando. Questo tipo di sistema consisterebbe in un sensore che offre il monitoraggio del glucosio in tempo reale, collegato a una pompa per insulina che eroga insulina quando necessario, senza bisogno di puntura del dito o iniezione di insulina da parte del paziente.

"Il pensiero attuale è che ogni parte del sistema a circuito chiuso sia a posto tranne un sensore preciso e stabile. Ci sono notevoli opportunità di migliorare i dispositivi che sono ora sul mercato in modo da poter realizzare un sistema completo, "dice Strano.