Un nuovo tipo di sensori ad alta sensibilità e a basso costo, chiamati biosensori plasmonici, alla fine potrebbe diventare una risorsa chiave nella medicina personalizzata aiutando a diagnosticare le malattie in una fase iniziale.
La medicina personalizzata è uno dei nuovi sviluppi che si ritiene rivoluzionerà l'assistenza sanitaria. Una componente chiave è la rilevazione di biomarcatori, proteine nel sangue o nella saliva, Per esempio, la cui presenza o concentrazione anormale è causata da una malattia. I biomarcatori possono indicare la presenza di malattie molto prima della comparsa dei sintomi. Però, attualmente la rilevazione di queste molecole richiede ancora laboratori specializzati ed è costosa.
Grazie al progetto di ricerca finanziato dall'UE chiamato NANOANTENNA, completata nel marzo 2013, i fisici hanno unito le forze con i chimici, nanotecnologi e ricercatori biomedici con l'obiettivo di sviluppare un cosiddetto nanobiosensore plasmonico per la rilevazione delle proteine. Consisteva di nanoantenne, minuscole bacchette d'oro lunghe da 100 a 200 nanometri e larghe da 60 a 80 nm. Illuminando una tale nanoantenna, gli elettroni all'interno iniziano a muoversi avanti e indietro, amplificando la radiazione luminosa nelle regioni dei punti caldi dell'antenna, spiega Pietro Giuseppe Gucciardi, un fisico presso l'Istituto per i processi chimico-fisici, affiliato al Consiglio Nazionale delle Ricerche CNR, a Messina, Sicilia. "L'obiettivo del progetto era quello di fornire una prova di concetto, "dice Gucciardi.
Durante gli anni '90 i ricercatori hanno scoperto che i plasmoni, minuscole onde di elettroni in superfici metalliche che appaiono quando tali superfici sono illuminate, amplificano anche la luce in un'area vicina a quella superficie. Nei biosensori, le molecole proteiche vengono identificate irradiandole con luce infrarossa e analizzando lo spettro della luce che emettono, noto come spettro Raman. Se queste molecole sono vicine alle nanoparticelle, i plasmoni nelle nanoparticelle potenziano il segnale Raman proveniente dalle molecole che devono essere rilevate con diversi ordini di grandezza.
Le nanoantenne sviluppate in questo progetto migliorano il segnale Raman emesso solo se le biomolecole sono vicine ai punti caldi. Perciò, le molecole devono essere intrappolate per essere rilevate. Fare così, i ricercatori hanno attaccato biorecettori, frammenti di DNA ingegnerizzati per riconoscere proteine specifiche, alle nanoantenne. Quando le nanoantenne tempestate di biorecettori vengono incubate in una soluzione che contiene i biomarcatori da rilevare, questi ultimi si attaccano alle nanoantenne. Quando, successivamente, queste nanoantenne sono illuminate di luce, mostrano le impronte digitali Raman sia del biorecettore che del biomarcatore, come sottolinea Gucciardi.
Un esperto commenta che i programmi di assistenza sanitaria si stanno rapidamente spostando verso la prevenzione e la diagnosi precoce delle malattie, fatto in condizioni point-of-care (POC) o al letto. "È importante finanziare questa ricerca perché sarà una componente della medicina futura, "dice Alessandro Brolo, professore di chimica specializzato nella ricerca sulle nanotecnologie, che ha sviluppato biosensori plasmonici presso l'Università di Victoria, British Columbia, Canada. Ritiene inoltre che tale approccio renderà l'assistenza medica più conveniente. "Vuoi qualcosa che sia molto economico e che non rappresenti un grosso fardello per il sistema sanitario, "dice Brolo.
Un altro esperto è d'accordo. "Piccolo, sono ancora necessari dispositivi compatti e autonomi con le stesse caratteristiche in termini di sensibilità e robustezza delle attuali strumentazioni commerciali basate sulla plasmonica, "dice Maria Carmen Estévez, ricercatore presso l'Istituto Catalano di Nanoscienze e Nanotecnologie di Bellaterra, Spagna. Gli "utenti finali" di questi biosensori devono capire che lo sviluppo di questi dispositivi da parte di ricercatori in molte discipline è un processo lungo, osserva Estévez. Aggiunge che questi biosensori dovranno essere integrati con componenti ottici, con elettronica per la lettura delle misure, software per elaborare tutti i dati, e fare affidamento sull'uso della microfluidica per preparare ed elaborare il campione.
