Un team di ricerca internazionale ha studiato un nuovo sistema di visualizzazione cellulare e somministrazione di farmaci basato su nanoparticelle rivestite con molecole di colorante luminescente. Il materiale delle particelle e la distanza tra il colorante e la superficie della particella influenzano l'intensità del segnale luminescente. Le nanoparticelle di silicio rivestite con molecole di colorante sono più efficienti di particelle simili fatte d'oro. Grazie alla loro biocompatibilità, le particelle di silicio possono essere utilizzate per la visualizzazione cellulare e la somministrazione di farmaci. La ricerca è stata pubblicata su Rapporti scientifici .
I coloranti luminescenti sono ampiamente utilizzati nella ricerca biologica e medica grazie alla loro elevata sensibilità e bassa tossicità. Le nanoparticelle utilizzate per la somministrazione dei farmaci sono spesso rivestite con tali coloranti. Ciò consente agli scienziati di tracciare il loro percorso nello spazio intracellulare. L'intensità del segnale luminescente dipende dal materiale della particella e dalla distanza tra il colorante e la superficie della particella. Scienziati della Facoltà di fisica e ingegneria dell'ITMO, insieme a colleghi tedeschi e svedesi, hanno studiato diverse configurazioni di varie nanoparticelle rivestite con molecole di colorante luminescente e hanno identificato le più efficienti.
Gli scienziati hanno sintetizzato e studiato tre tipi di nanoparticelle. Particelle di vanadato di ittrio non risonanti (YVO4) sono state utilizzate come campione di controllo. Tali particelle non influiscono sull'intensità delle molecole di colorante. Particelle di oro e silicio della stessa dimensione rivestite con molecole di colorante poste a distanze diverse dalla superficie sono state confrontate con il campione di controllo.
La modellazione e gli esperimenti hanno dimostrato che l'attaccamento del colorante alle particelle di silicio può aumentare la fotoluminescenza del colorante fino a tre volte rispetto alle particelle d'oro. "Tale miglioramento è dovuto alle risonanze Mie nelle particelle di silicio. È importante notare che le lunghezze d'onda di risonanza dipendono dalla dimensione delle particelle. A causa dell'elevato indice di rifrazione, la risonanza Mie di particelle sferiche di silicio di circa un centinaio di nanometri si estende nella parte visibile dello spettro. Così, particelle di silicio risonanti ci permettono di accelerare l'emissione spontanea e amplificare il segnale del colorante sulla superficie, "dice Sergei Makarov, capo del Laboratorio di Nanofotonica Ibrida e Optoelettronica di ITMO.
Il segnale di luminescenza decade sulla superficie della particella d'oro. Ecco perché il colorante dovrebbe essere posizionato a distanza da tali particelle. Fare così, gli scienziati devono usare metodi chimici, che può essere complesso e costoso. Questi passaggi aggiuntivi possono essere evitati utilizzando particelle di silicio che amplificano il segnale luminescente direttamente sulla superficie. Oltretutto, la ricerca ha dimostrato che le particelle di silicio ricoperte di molecole luminescenti possono essere assorbite dalle cellule cancerose.
"Pensiamo che il silicio sia un materiale molto promettente, soprattutto per la biomedicina. Lo studio della somministrazione di farmaci e dei metodi di bioimaging è un campo in rapido sviluppo all'Università ITMO. Per esempio, stiamo attualmente lavorando su un sistema di somministrazione basato su particelle cave di silice. Grazie al team di scienziati della Facoltà di Fisica e Ingegneria, la nostra Università sta progressivamente ottenendo riconoscimenti nel campo dell'ottica e dei sistemi di somministrazione dei farmaci, "dice Mikhail Zyuzin, assegnista di ricerca presso la Facoltà di Fisica e Ingegneria. Nel futuro, questi sistemi possono essere utilizzati non solo per visualizzare strutture intracellulari, ma anche per veicolare varie sostanze, dai farmaci agli agenti genetici, alle cellule.
