I ricercatori dell'Università del Texas a Dallas hanno sviluppato un metodo promettente per stimolare a distanza l'attività nelle regioni profonde del cervello, far progredire la comprensione di come le molecole agiscono nel cervello e aprire la strada a migliori trattamenti contro il cancro e terapie per altre malattie.

L'approccio si basa sulla potente combinazione di nanoparticelle d'oro e laser, che svolge anche un ruolo fondamentale in un altro progetto di ricerca UT Dallas volto a sviluppare un test diagnostico rapido per l'influenza e, possibilmente, il virus COVID-19.

Oro per la neuromodulazione

La luce è uno strumento importante per modulare i sistemi biologici, ma l'assorbimento e la dispersione nei tessuti biologici ne limitano significativamente la penetrazione. Il sistema sviluppato dai ricercatori della Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science e della School of Behavioral and Brain Sciences confeziona molecole all'interno di microscopiche capsule rivestite d'oro, o nanovescicole, che può essere molto sensibile alla luce del vicino infrarosso.

Il sistema potrebbe risolvere le sfide nel trattamento delle malattie, come garantire che i farmaci vengano somministrati a tumori difficili da raggiungere nelle regioni profonde del cervello riducendo al contempo i danni ai tessuti sani. Usando quell'esempio, le nanovescicole e il loro carico vengono iniettati nel tessuto cerebrale. I laser esterni nel vicino infrarosso che penetrano nel tessuto provocano l'apertura delle capsule e il rilascio del farmaco. I ricercatori descrivono l'approccio e i risultati dei test su un modello animale in un articolo pubblicato online sulla rivista di chimica Angewandte Chemie .

"Il nostro sistema converte la luce in un'onda meccanica che fa aprire la vescicola, " ha detto il dottor Zhenpeng Qin, assistente professore di ingegneria meccanica presso UT Dallas e corrispondente autore dello studio.

Altri ricercatori hanno utilizzato la luce del vicino infrarosso per innescare nanoparticelle che trasportano farmaci, come liposomi fosfolipidi, che rilasciano il loro carico quando riscaldati dal laser, ma l'approccio di Qin con nanovescicole rivestite d'oro utilizza circa 40 volte meno energia laser.

Nei test su modelli animali, Qin e i suoi colleghi hanno scoperto che la luce del vicino infrarosso penetrava per 4 millimetri nel cervello, che era sufficiente per raggiungere le regioni cerebrali più mirate. Qin ha detto che prevede che il laser penetri abbastanza lontano da raggiungere obiettivi in ​​profondità nel cervello dei roditori che aiuteranno a rispondere a importanti domande sulla neuromodulazione.

Mentre il sistema delle nanovescicole deve essere sottoposto a ulteriori sviluppi e test prima di poter essere utilizzato nell'assistenza clinica, Qin ha affermato che l'approccio alla fine potrebbe essere applicato a disturbi neurologici o altri tumori. Dott. Hejian Xiong, ricercatore associato nel laboratorio di Qin e coautore dell'articolo di giornale, ha ricevuto una nuova borsa di studio post-dottorato dal Centro di ricerca sui fosfolipidi in Germania per studiare l'uso di nanovescicole rivestite d'oro e laser nel vicino infrarosso ultracorto per indirizzare e alleviare il dolore nei pazienti dopo l'intervento chirurgico. Il progetto mira a fornire un sistema di gestione del dolore regolabile che potrebbe ridurre la necessità di oppioidi.

Test delle malattie infettive

In un progetto di ricerca separato, Qin ha recentemente ricevuto $ 293, 000 sovvenzione dai programmi di ricerca medica diretti dal Congresso per sviluppare un rapido, test accurato e meno costoso per le malattie infettive, compresa l'influenza, che potrebbe essere condotto negli studi medici. Il principio del test potrebbe essere applicato anche per diagnosticare il COVID-19.

Mentre molti medici effettuano test rapidi dell'influenza sul posto, i test possono non rilevare l'influenza nel 30%-50% dei casi, secondo i Centri per il controllo e la prevenzione delle malattie. I campioni devono essere inviati a un laboratorio per una diagnosi accurata, che può richiedere giorni.

"Vogliamo migliorare la sensibilità dei test in modo che i medici possano esprimere il giudizio proprio di fronte al paziente, poter dire o ce l'hai o non ce l'hai, " disse Qin.

Nel metodo di prova, le nanoparticelle d'oro sono attaccate a molecole anticorpali in grado di riconoscere e legarsi alle molecole proteiche presenti sulla superficie dei virus. I ricercatori applicano brevi impulsi laser per attivare le nanoparticelle per generare bolle su scala nanometrica, o nanobolle. L'accumulo delle nanobolle segnala la presenza di un virus.

"Utilizzando l'ottica per rilevare e contare le nanobolle, possiamo rilevare in modo sensibile e rapido la presenza di specifici virus respiratori, " disse Qin.

Uno dei vantaggi dell'approccio è che non richiederebbe un'ampia preparazione del campione, ha detto Qin. Il metodo potrebbe aiutare i medici a diagnosticare i virus molto più velocemente e ridurre i costi sanitari eliminando la necessità di costose visite di laboratorio. L'approccio potrebbe essere utilizzato per rilevare un singolo virus o più virus.

In definitiva, i ricercatori prevedono che il test venga ampiamente utilizzato negli ospedali e nelle cliniche che non dispongono di laboratori; però, il metodo diagnostico dovrà essere ulteriormente testato prima di poter essere reso ampiamente disponibile.

Il gruppo di Qin non sta lavorando con il coronavirus in diretta, solo con geni virali, proteine ​​e anticorpi. Qin ha precedentemente ottenuto tali campioni di pazienti per la sua ricerca sul virus respiratorio sinciziale e sull'influenza.