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Per diagnosticare e curare con precisione le malattie, medici e ricercatori hanno bisogno di vedere all'interno dei corpi. Gli strumenti di imaging medico hanno fatto molta strada dai semplici raggi X, ma la maggior parte degli strumenti esistenti rimane troppo grossolana per quantificare numeri o tipi specifici di cellule all'interno dei tessuti profondi del corpo.
I punti quantici possono farlo, secondo una nuova ricerca sui topi dell'Università dell'Illinois.
"I punti quantici possono misurare le cose nel corpo che sono molto, molto dinamiche e complicate e che al momento non possiamo vedere. Ci danno la possibilità di contare le cellule, rilevare la loro posizione esatta e osservare i cambiamenti nel tempo. Penso che lo sia davvero un enorme progresso", afferma Andrew Smith, professore presso il Dipartimento di Bioingegneria presso la U of I e coautore di ACS Nano studia.
I punti quantici sono nanoparticelle coltivate in laboratorio, delle dimensioni di poche centinaia di atomi, con speciali proprietà ottiche rilevabili mediante microscopia standard, tomografia (ad esempio scanner PET/CT) e imaging a fluorescenza. A seconda delle loro dimensioni e composizione, i bioingegneri come Smith possono farli brillare in colori specifici ed emettere luce nello spettro infrarosso.
"L'emissione di luce nell'infrarosso è rara. I tessuti nell'infrarosso emettono pochissima luce, quindi se li metti nel corpo, appaiono molto luminosi. Possiamo vedere in profondità nel corpo e possiamo misurare le cose in modo più accurato di quanto potremmo utilizzando la tecnologia nel campo del visibile", afferma Smith.
In ACS Nano studio, Smith e colleghi hanno rilasciato punti quantici sui macrofagi.
Quando i nostri corpi hanno bisogno di inghiottire agenti patogeni o ripulire i detriti cellulari, i macrofagi si mettono al lavoro. Uno dei loro compiti è quello di avviare l'infiammazione, rendendo l'ambiente inospitale per i microbi dannosi. Ma a volte fanno quel lavoro troppo bene. A seconda del tessuto in cui si trovano, l'infiammazione cronica dovuta all'attività dei macrofagi può portare a diabete, problemi cardiovascolari, tumori e altro ancora.
Il team U of I era particolarmente interessato ai macrofagi nel tessuto adiposo o adiposo.
"Con l'aumento di peso e l'obesità, è noto che il numero dei macrofagi aumenta nel tessuto adiposo e tende a spostarsi verso un fenotipo infiammatorio, che contribuisce allo sviluppo dell'insulino-resistenza e della sindrome metabolica. Il numero e la posizione dei macrofagi nel tessuto adiposo sono scarsamente descritti, soprattutto in vivo", afferma Kelly Swanson, Professore dotato di Kraft Heinz Company in Nutrizione umana presso il Dipartimento di scienze animali presso la U of I e coautore dello studio.
"I punti quantici sviluppati dal nostro gruppo consentono una migliore quantificazione e caratterizzazione delle cellule presenti nel tessuto adiposo e la loro distribuzione spaziale", aggiunge.
Il team ha creato punti quantici rivestiti con destrano, una molecola di zucchero che prende di mira anche i macrofagi nel tessuto adiposo. Come prova di concetto, hanno iniettato questi punti quantici in topi obesi e hanno confrontato i risultati dell'imaging con il solo destrano, l'attuale standard per l'imaging dei macrofagi.
I punti quantici hanno sovraperformato il destrano da solo su tutte le piattaforme di imaging, comprese le semplici tecniche ottiche.
"I punti quantici emettono un'enorme quantità di luce, dandoci la possibilità di misurare tipi cellulari specifici in misura maggiore e identificare dove si trovano", afferma Smith. "Quel grado di emissione di luce consente l'uso di tecniche ottiche, che sono molto più accessibili rispetto ad altre tecnologie di imaging. Rispetto agli scanner MRI e PET, sono strumenti economici che possono essere inseriti in una piccola clinica. Tutti potrebbero averne uno".
Sebbene i punti quantici non siano ancora stati utilizzati negli esseri umani, Swanson vede un futuro in cui una semplice tecnologia ottica come gli ultrasuoni potrebbe essere utilizzata per diagnosticare e tracciare in modo non invasivo i macrofagi infiammatori nei pazienti in sovrappeso.
"Potrebbe esserci un dispositivo come un'ecografia in cui si scansiona qualcuno, e anche se il peso di un paziente non è cambiato, un medico potrebbe dire se i tipi cellulari stanno cambiando. Più cellule infiammatorie potrebbero prevedere la resistenza all'insulina e altri problemi", dice . "Ecco perché mi interessa, per le sue proprietà diagnostiche."
I punti quantici non vengono utilizzati negli esseri umani perché sono in genere realizzati con metalli pesanti come cadmio e mercurio e gli scienziati non hanno ancora capito come vengono metabolizzati e rimossi dal corpo. Smith e il suo team stanno lavorando su punti quantici realizzati con elementi più sicuri, ma fino ad allora rimangono uno strumento di ricerca inestimabile. Ad esempio, il loro lungo tempo di circolazione, nove volte più lungo del destrano nello studio attuale, potrebbe offrire ai diagnostici un modo per andare oltre un'istantanea nel tempo.
"C'è un enorme livello di variabilità dei macrofagi anche nell'arco di una giornata. Il tessuto adiposo può avere un numero molto alto a metà giornata, e poi scende molto", dice Smith. "Negli studi sugli animali, possiamo sacrificare animali all'inizio e alla fine di una giornata per studiare la tendenza, ma con i punti quantici potremmo non doverlo fare. Potresti seguire un animale nel tempo per vederne la progressione.
"I punti quantici offrono un enorme valore negli studi sugli animali. Quindi, anche se i punti quantici non arrivano agli esseri umani, se non troviamo mai un modo per renderli non tossici, il valore è comunque davvero eccezionale". + Esplora ulteriormente
