I minuscoli diamanti stanno fornendo agli scienziati nuove possibilità per misurazioni accurate dei processi all'interno delle cellule viventi con il potenziale per migliorare la somministrazione di farmaci e le terapie contro il cancro.

Pubblicato in Nanotecnologia della natura , i ricercatori dell'Università di Cardiff hanno svelato un nuovo metodo per visualizzare i nanodiamanti all'interno delle cellule viventi umane per scopi di ricerca biomedica.

I nanodiamanti sono particelle molto piccole (mille volte più piccole dei capelli umani) e per la loro bassa tossicità possono essere utilizzate come veicolo per trasportare farmaci all'interno delle cellule. Mostrano anche enormi promesse come alternativa ai fluorofori organici solitamente utilizzati dagli scienziati per visualizzare i processi all'interno di cellule e tessuti.

Una delle principali limitazioni dei fluorofori organici è che hanno la tendenza a degradarsi e sbiancare nel tempo sotto l'illuminazione della luce. Ciò rende difficile utilizzarli per misurazioni accurate dei processi cellulari. Inoltre, lo sbiancamento e la degradazione chimica possono spesso essere tossici e perturbare in modo significativo o addirittura uccidere le cellule.

C'è un crescente consenso tra gli scienziati che i nanodiamanti sono una delle migliori alternative di materiali inorganici per l'uso nella ricerca biomedica, a causa della loro compatibilità con le cellule umane, e per le loro proprietà strutturali e chimiche stabili.

I precedenti tentativi di altri gruppi di ricerca di visualizzare i nanodiamanti sotto potenti microscopi ottici hanno incontrato l'ostacolo che il materiale del diamante di per sé è trasparente alla luce visibile. L'individuazione dei nanodiamanti al microscopio si è basata su minuscoli difetti nel reticolo cristallino, che emettono fluorescenza alla luce dell'illuminazione.

La produzione dei difetti si è rivelata costosa e difficile da realizzare in modo controllato. Per di più, la luce di fluorescenza emessa da questi difetti, e a sua volta l'immagine ricavata dall'esplorazione microscopica di questi nanodiamanti imperfetti, a volte è anche instabile.

Nel loro ultimo documento, i ricercatori delle Scuole di Bioscienze e Fisica dell'Università di Cardiff hanno dimostrato che i nanodiamanti non fluorescenti (diamanti senza difetti) possono essere visualizzati otticamente e in modo molto più stabile tramite l'interazione tra la luce illuminante e i legami chimici vibranti nella struttura reticolare del diamante che si traduce in luce diffusa a un colore diverso.

Il documento descrive come vengono utilizzati due raggi laser che battono a una frequenza specifica per far vibrare i legami chimici in sincronia. Uno di questi raggi viene quindi utilizzato per sondare questa vibrazione e generare una luce, chiamato scattering coerente anti-Stokes Raman (CARS).

Focalizzando questi raggi laser sul nanodiamante, viene generata un'immagine CARS ad alta risoluzione. Usando un microscopio costruito in casa, il team di ricerca è stato in grado di misurare l'intensità della luce CARS su una serie di singoli nanodiamanti di diverse dimensioni.

La dimensione del nanodiamante è stata accuratamente misurata mediante microscopia elettronica e altri metodi quantitativi di contrasto ottico sviluppati all'interno del laboratorio del ricercatore. In questo modo, sono stati in grado di quantificare la relazione tra l'intensità della luce CARS e la dimensione delle nanoparticelle.

Di conseguenza, il segnale CARS calibrato ha permesso al team di analizzare la dimensione e il numero di nanodiamanti che erano stati consegnati nelle cellule viventi, con un livello di precisione finora non raggiunto con altri metodi.

Professoressa Paola Borri della Scuola di Bioscienze, che ha condotto lo studio, ha dichiarato:"Questa nuova modalità di imaging apre l'eccitante prospettiva di seguire quantitativamente complessi percorsi di traffico cellulare con importanti applicazioni nella somministrazione di farmaci. Il prossimo passo per noi sarà spingere la tecnica per rilevare nanodiamanti di dimensioni ancora più piccole di quelle che abbiamo mostrato finora e per dimostrare un'applicazione specifica nella somministrazione di farmaci".