Prima che l'enorme potenziale di minuscoli nanovettori per la somministrazione di farmaci altamente mirati e la pulizia ambientale possa essere realizzato, gli scienziati devono prima essere in grado di vederli.

Attualmente i ricercatori devono fare affidamento sull'applicazione di coloranti fluorescenti o metalli pesanti per etichettare parti di strutture di nanocarrier organici per l'indagine, spesso modificandoli nel processo. Una nuova tecnica che utilizza raggi X "morbidi" chimicamente sensibili offre un metodo più semplice, modo non distruttivo di ottenere informazioni su questo nano-mondo.

In uno studio pubblicato da Comunicazioni sulla natura , un team di ricerca dimostra la capacità del metodo a raggi X su una nanoparticella di somministrazione intelligente di farmaci e una nanostruttura di polisapone destinata a catturare il petrolio greggio versato nell'oceano.

"Abbiamo sviluppato una nuova tecnica per esaminare la struttura interna dei nanocarrier, chimica e comportamento ambientale senza alcuna etichettatura:una nuova capacità che fino ad ora non è stata possibile, " ha detto Brian Collins, un fisico della Washington State University e autore corrispondente dello studio. "Attualmente, hai bisogno di tag fluorescenti per vedere all'interno dei nanocarrier, ma questo può modificare la loro struttura e comportamento, soprattutto se sono realizzati con materiali a base di carbonio. Con questa nuova tecnica, siamo stati in grado di guardare all'interno di questi nanovettori, analizzare le loro identità chimiche e concentrazioni, e fare tutto questo nel loro stato completamente naturale, compreso il loro ambiente acquatico."

I nanovettori organici utilizzati per la somministrazione dei farmaci sono spesso creati da molecole a base di carbonio, che o amano o detestano l'acqua. Queste cosiddette molecole idrofile e idrofobe sono legate insieme e si autoassemblano in acqua con la parte che odia l'acqua nascosta all'interno di un guscio dei segmenti amanti dell'acqua.

Anche i farmaci idrofobici si inseriranno nella struttura, che è progettato per aprire e rilasciare il farmaco solo nell'ambiente malato. Ad esempio, la tecnologia dei nanocarrier ha il potenziale per consentire la chemioterapia che uccide solo le cellule tumorali senza far ammalare il paziente, consentendo dosi più efficaci.

Mentre i nanocarrier possono essere creati in questo modo, i ricercatori non possono facilmente vedere i dettagli delle loro strutture o anche quanta droga sta all'interno o fuoriesce. L'uso di etichette fluorescenti può evidenziare parti di nanovettori, persino farli brillare, ma cambiano anche i vettori nel processo, a volte in modo significativo.

Anziché, la tecnica sviluppata da Collins e dai suoi colleghi utilizza raggi X a risonanza morbida per analizzare i nanocarrier. I raggi X molli sono un tipo speciale di luce che si trova tra la luce ultravioletta e i raggi X duri, che sono del tipo usato dai medici per vedere un osso rotto. Questi raggi X speciali vengono assorbiti da quasi tutto, compresa l'aria, quindi la nuova tecnica richiede un ambiente ad alto vuoto.

Il team di Collins ha adattato un metodo a raggi X molli per studiare stampabile, a base di carbonio, elettronica di plastica, in modo che funzioni su questi nanovettori organici a base d'acqua, penetrando in una sottile fetta d'acqua per farlo.

Ogni legame chimico assorbe una diversa lunghezza d'onda o colore dei raggi X molli, quindi per questo studio, i ricercatori hanno selezionato i colori dei raggi X per illuminare diverse parti di un nanovettore di medicina intelligente attraverso i loro legami unici.

"Essenzialmente abbiamo sintonizzato il colore dei raggi X per distinguere tra i legami già presenti nella molecola, " disse Collins.

Questo ha permesso loro di valutare quanto e che tipo di materiale c'era nel suo nucleo interno, le dimensioni e il contenuto di acqua nel nano-guscio circostante, nonché il modo in cui il nanovettore ha risposto a un ambiente in evoluzione.

Hanno anche usato la tecnica dei raggi X soffici per studiare un nanovettore di polisapone sviluppato per catturare il petrolio greggio versato nell'oceano. I polisaponi possono creare un nanocarrier da una singola molecola, massimizzando la loro superficie per catturare idrocarburi come quelli trovati in una fuoriuscita di petrolio. Utilizzando la nuova tecnica, i ricercatori hanno scoperto che la struttura spugnosa aperta di un polisapone può persistere da alte a basse concentrazioni, che lo renderà più efficace nelle applicazioni del mondo reale.

"È importante che i ricercatori siano in grado di esaminare tutte queste strutture da vicino, in modo che possano evitare costosi tentativi ed errori, " disse Collins.

Questa tecnica dovrebbe consentire ai ricercatori di valutare il comportamento di queste strutture in ambienti diversi, disse Collins. Ad esempio, per la consegna intelligente dei farmaci, possono esserci temperature diverse, livelli di pH e stimoli nel corpo, e i ricercatori vogliono sapere se le nanostrutture rimarranno insieme fino a quando non ci saranno le condizioni per applicare il farmaco. Se riescono a determinarlo all'inizio del processo di sviluppo, possono essere più certi che i nanovettori funzioneranno prima di investire in studi medici che richiedono molto tempo.

"Prevediamo che questa nuova tecnica consentirà un ritmo molto più veloce e una maggiore precisione nella progettazione e nello sviluppo di queste nuove entusiasmanti tecnologie, "Collins ha detto.