Un team di ricerca interdisciplinare dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign ha sviluppato un nuovo materiale composito derivato da punti quantici. Queste nanopiastrine lipoproteiche vengono rapidamente assorbite dalle cellule e mantengono la loro fluorescenza, rendendoli particolarmente adatti per l'imaging delle cellule e la comprensione dei meccanismi della malattia.

"I punti quantici vengono ampiamente studiati a causa della loro fisica unica, ottico, e proprietà elettroniche, " ha spiegato Andrew M. Smith, un assistente professore di bioingegneria all'Illinois. "La loro caratteristica più importante è la brillantezza, emissione di luce stabile che può essere sintonizzata su un'ampia gamma di colori. Ciò li ha resi utili per diverse applicazioni come agenti di imaging e sonde molecolari in cellule e tessuti e come componenti che emettono luce di LED e TV".

"Questi studi sono il primo esempio di punti quantici piatti, chiamate nanopiastrine, nei sistemi biologici, " ha detto Smith, il cui lavoro è pubblicato nel Giornale della Società Chimica Americana . "Abbiamo sviluppato una nanoparticella unica che è piatta, come un disco, e incapsulato all'interno di una particella biologica. Questi sono derivati ​​da punti quantici e allo stesso modo emettono luce, però, hanno una serie di interessanti proprietà ottiche e strutturali a causa della loro forma. Le loro proprietà di assorbimento e di emissione della luce sono più vicine a quelle dei pozzi quantistici, che sono strati sottili usati per fare i laser. Scopriamo che queste particelle entrano in modo univoco nelle cellule molto rapidamente e le stiamo usando come sensori nelle cellule viventi".

"Il nuovo materiale colloidale è un ibrido tra un pozzo quantico inorganico e un nanodisco organico composto da fosfolipidi e lipoproteine, " ha spiegato Sung Jun Lim, un borsista post-dottorato nel gruppo di ricerca di Smith e primo autore dell'articolo, "Nanopiastrine lipoproteiche:brillantemente fluorescenti, Sonde zwitterioniche con ingresso cellulare rapido." "I fosfolipidi si legano alle facce piatte sulle nanopiastrine e le lipoproteine ​​si legano ai bordi curvi per intrappolare in modo omogeneo le particelle in materiali biocompatibili. Hanno stabilità a lungo termine in tamponi biologici e soluzioni ad alto contenuto di sale e sono altamente fluorescenti, con una luminosità paragonabile ai punti quantici quando misurata in una soluzione o a livello di singola molecola in un microscopio".

Secondo Smith, queste particelle sono particolarmente utili per l'imaging di singole molecole, dove i punti quantici hanno avuto il maggiore impatto grazie alla loro combinazione unica di alto tasso di emissione di luce e dimensioni compatte. I punti quantici hanno recentemente consentito la scoperta di una serie di nuovi processi biologici legati alla salute e alle malattie umane.

"Riteniamo che le nuove capacità fornite dalle nanopiastrine siano preziose per l'imaging di molecole e cellule biologiche, ma in precedenza era difficile stabilizzare questi nanocristalli nei mezzi biologici perché le loro dimensioni insolite li fanno stare insieme, aggregato, e perdere la fluorescenza. Questa nuova classe di nanopiastrine risolve questi problemi e sono stabili in condizioni biologiche difficili perché sono incapsulate nelle lipoproteine.

"Ci aspettiamo che questo nuovo materiale composito riveli, a livello di singola molecola, come i materiali piatti interagiscono con i sistemi biologici, Smith ha aggiunto. "La scoperta unica di un rapido ingresso cellulare suggerisce che questi materiali possono essere immediatamente utili per le applicazioni di etichettatura cellulare per consentire una codifica spettrale altamente multiplata dell'identità cellulare in modo da poter tracciare le cellule tumorali metastatiche nel corpo. È stato anche scoperto che forme uniche di nanoparticelle sono più efficienti per la somministrazione di farmaci ai tumori rispetto alle particelle sferiche standard, quindi stiamo esplorando anche questo.