Diagramma e immagine al microscopio elettronico di un "sonaglio quantistico":un guscio di silice porosa (in blu nel diagramma) è riempito con punti dorati, tutto su scala nanometrica. L'oro è presente in due forme:particelle più piccole di 2 nm (punti) nei pori del guscio, e particelle più grandi (7 nm) nella cavità centrale. Credito:Mathew Hembury, Ciro Chiappini Glenna L. Drisko et al, con l'autorizzazione di PNAS Queste immagini sono disponibili presso la fototeca del CNRS, [email protected]
I ricercatori dell'Imperial College di Londra e del Laboratoire de chimie de la matière condensée de Paris (CNRS/Collège de France/UPMC) hanno progettato e sviluppato nanoparticelle ibride oro-silice, che si stanno rivelando veri e propri "coltellini svizzeri" terapeutici. Testato su topi e su cellule umane in coltura, consentono di combinare due forme di trattamento del tumore e tre tecniche di imaging. Hanno in particolare una maggiore capacità di carico e consegna di farmaci rispetto ai vettori attualmente sul mercato, che apre prospettive interessanti per la ricerca sul cancro. I risultati sono stati pubblicati in PNAS il 4 febbraio 2015.
Sviluppo di uno strumento che combini tre tecniche di imaging complementari (MRI, fluorescenza nel vicino infrarosso e un tipo di ecografia chiamata "fotoacustica") con due forme di terapia (chemioterapia e terapia fototermica), il tutto all'interno di una sfera di 150 nanometri di diametro, è l'impresa recentemente compiuta da un team internazionale di chimici e specialisti di ingegneria biomedica. Per realizzare questo, i ricercatori hanno sintetizzato oggetti ibridi costituiti da un guscio di silice mesoporosa contenente punti quantici d'oro.
I punti quantici d'oro sono piccole nanoparticelle (meno di 2 nanometri) con proprietà uniche (fluorescenza, produzione di calore, magnetismo) molto diverse da quelle dell'oro massiccio, o nanoparticelle d'oro ancora più grandi. Però, la loro mancanza di stabilità nei solventi acquosi (tendono ad aggregarsi per formare particelle più grandi) ne aveva finora impedito l'uso in biologia e medicina. "infondendo" gusci di silice porosa con precursori d'oro, i ricercatori sono riusciti a creare punti quantici d'oro nei pori del guscio (che li stabilizza), così come nanoparticelle d'oro più grandi nella cavità centrale. Stabile in soluzioni acquose, questa struttura a "rumore quantico" può penetrare nel centro delle cellule senza tossicità. Conserva anche le proprietà ottiche e magnetiche dei punti quantici d'oro, massimizzando la loro capacità di stoccaggio dei farmaci.
L'incorporazione di oro idrofobo nella sfera di silice ha contribuito ad aumentare in modo molto significativo la sua capacità di stoccaggio di doxorubicina, un agente antitumorale spesso difficile da stabilizzare in questo tipo di matrice porosa. Gli scienziati ritengono che la proporzione di molecole che raggiungerebbero il loro obiettivo aumenterebbe dal 5 al 95%, rispetto ai trasportatori di farmaci (di tipo liposomiale) attualmente in commercio. Oltre a questa capacità di trasportare farmaci, hanno potenziale nella terapia fototermica. Infatti, quando sono eccitati da un laser a infrarossi, le particelle contenenti i punti quantici d'oro emettono fluorescenza infrarossa, ma anche abbastanza calore, fino a 51°C, per uccidere le cellule cancerose. Ciò ha permesso di ridurre la massa tumorale nei topi del 55% dopo un singolo trattamento.
La produzione di calore può essere utilizzata anche per scopi di imaging, poiché provoca una dilatazione temporanea dei punti quantici d'oro, che produce onde ultrasoniche che possono essere rilevate, come nell'ecografia. Inoltre, la fluorescenza emessa dalle particelle eccitate dal laser viaggia attraverso il tessuto (che non assorbe l'infrarosso in questa lunghezza d'onda), e può quindi essere misurato in modo non invasivo. Finalmente, per dimensioni inferiori a 2 nanometri, l'oro diventa magnetico. È quindi possibile utilizzare i sonagli quantistici come agente di contrasto per la risonanza magnetica (MRI). Questi tre metodi di imaging (fluorescenza nel vicino infrarosso, imaging fotoacustico e risonanza magnetica) consentono di osservare il tumore in modi complementari, ad altissima risoluzione spaziale e temporale.
I ricercatori stanno ora esplorando come ottimizzare questi nanovettori. Vorrebbero "funzionalizzare" la loro superficie con marcatori in modo da poter identificare e colpire specificamente le cellule cancerose. Finalmente, sperano di poter ridurre la dimensione delle particelle d'oro nella cavità centrale, al fine di rendere il supporto completamente biodegradabile.
