Gli scienziati stanno progettando materiali mille volte più piccoli della larghezza di un capello.

Conosciuti come nanomateriali o nanoparticelle, alcuni potrebbero aiutare a curare le malattie.

Però, l'ingegneria delle particelle per applicazioni biomediche rimane impegnativa, in particolare quando ci si sposta dalla provetta agli ambienti biologici.

Questo è un problema che abbiamo discusso in un recente articolo. Una nanoparticella in laboratorio è una cosa, ma una nanoparticella che interagisce con il sangue, cellule e tessuti è un altro, e il comportamento delle particelle può cambiare notevolmente quando ci si sposta da un ambiente all'altro.

"Interazioni bio-nano" sono ciò che regola questi cambiamenti nel comportamento, e questa è un'area di ricerca con molte difficoltà, ma anche importanti ricompense.

Utilizzo delle nanoparticelle per colpire le malattie

Le nanoparticelle potrebbero aiutare a creare trattamenti medici più efficaci. L'obiettivo è quello di migliorare le aree che vanno dalla somministrazione dei farmaci all'individuazione delle malattie.

Uno dei potenziali benefici delle nanoparticelle è la possibilità di sviluppare terapie mirate, in modo che i farmaci vadano esattamente dove sono necessari nel corpo.

Per esempio, oggi esistono molti chemioterapici altamente efficaci, ma perché non interagiscono solo con le cellule cancerose ma anche con quelle sane, molti di loro hanno effetti collaterali come danni al cuore e al midollo osseo. Ciò limita la loro efficacia e gioca un ruolo importante nel motivo per cui il trattamento del cancro può essere così difficile.

Perché prendere di mira è così difficile?

Ma anche le terapie farmacologiche mirate che utilizzano nanoparticelle rimangono limitate. Come in molti altri ambiti, ciò che funziona in laboratorio può essere difficile da tradurre in clinica.

Un esempio è l'uso di nanoparticelle come "vettori" che vengono caricate con un farmaco e poi si accumulano nelle cellule bersaglio (vedi immagine sotto).

Questi tipi di nanoparticelle possono funzionare bene in laboratorio, ma quando viene utilizzato in ambienti biologici più complessi (come nel sangue piuttosto che nella soluzione tampone salina) le cose diventano rapidamente più complicate.

Per esempio, quando le nanoparticelle vengono iniettate nel sangue, le proteine ​​si adsorbono sulla loro superficie e questo può cambiare completamente il loro comportamento. Questo perché questo biorivestimento modifica importanti proprietà delle particelle, inclusa la carica (positiva, neutro o negativo) e dimensione.

Possibili soluzioni

Sono in fase di sviluppo nuovi metodi per valutare meglio le nanoparticelle. Ciò include tecniche investigative che possono integrare studi su cellule e animali.

Un esempio sono i canali microfluidici che possono imitare i vasi sanguigni e possono essere utilizzati per studiare il comportamento dei nanomateriali nei capillari sanguigni.

Un'altra opzione utilizza tessuti e organi stampati in 3D. In un esempio recente, gli idrogel pieni di cellule sono stati stampati su una superficie utilizzando una stampante 3D personalizzata.

Il punto chiave è avere regolabile complessità. Questo è, essere in grado di adattare questi metodi in modo da poter ottenere informazioni rilevanti e preziose dagli studi. Ma non così complesso da rendere difficile la comprensione dei meccanismi coinvolti.

Questo è importante, perché una nanoparticella somministrata a un animale sperimenta diversi livelli di complessità biologica nel suo viaggio dal flusso sanguigno all'area bersaglio (vedi immagine sotto). Per comprendere appieno cosa sta succedendo, dobbiamo studiarli tutti.

Nanomedicina di domani

Più apprendiamo sulla bio-nano scienza – o su come i materiali interagiscono con la biologia su scala nanometrica – più facile sarà progettare nanoparticelle che si comportino come vogliamo.

Dopo anni di sforzi concertati, sta emergendo un quadro più chiaro dei meccanismi che determinano il funzionamento di una nanoparticella e la piena portata della sfida davanti a noi inizia a diventare chiara.

È improbabile che venga scoperta una singola "soluzione rapida".

Anziché, la ricerca che riesce a combinare con successo idee provenienti da diversi campi e ricercatori porterà probabilmente allo sviluppo di nanoparticelle mirate nuove e migliorate.

L'obiettivo è fornire nuove cure per malattie che oggi sono difficili, o addirittura impossibili, da trattare.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.