Un team di ricercatori guidati dalla Nanyang Technological University di Singapore (NTU Singapore) ha creato minuscole goccioline che, quando attivate dalla luce laser, possono rilevare biomarcatori proteici virali che indicano la presenza di alcune malattie.
Queste microgocce, circa un terzo del diametro di una ciocca di capelli umani, potrebbero potenzialmente viaggiare nel flusso sanguigno per raggiungere tutte le parti del corpo umano e rilevare le particelle rilasciate dalle cellule, note come esosomi, che funzionano come biomarcatori della malattia.
Il professore assistente di Nanyang Chen Yu-Cheng della Scuola di ingegneria elettrica ed elettronica della NTU, che ha guidato il gruppo di ricerca con il ricercatore Dr. Fang Guocheng, ha affermato che le microgocce potrebbero anche offrire un'alternativa più precisa ed efficace per la terapia fotodinamica, che utilizza la luce attivata trasportatori di farmaci per uccidere le cellule anormali.
Il lavoro del gruppo di ricerca è stato riportato sulla rivista Nano Letters nel marzo 2023.
Il team di ricerca ha utilizzato un cristallo liquido per creare microgoccioline che sono state poi rivestite con vari anticorpi che reagiscono a diverse proteine rilasciate dai virus, trasformandole in rilevatori di malattie.
La microgoccia funge da punto focale per la luce laser. Quando il laser entra nella gocciolina, la sua energia e luce vengono amplificate mentre il laser riflette e rimbalza ripetutamente all'interno della gocciolina prima di uscire dalla gocciolina. Ciò crea un segnale energetico più forte che viene emesso dalla gocciolina, portando a segnali più accurati, precisi e facilmente rilevabili.
Quando una microgoccia incontra una proteina che reagisce con uno dei suoi anticorpi attaccati, suggerendo la presenza di una malattia o un'infezione, la lunghezza d'onda della luce riflessa dalla microgoccia cambia.
Misurando lo spostamento della lunghezza d'onda mentre lascia la microgocciolina, i ricercatori hanno utilizzato la tecnologia in studi di laboratorio per rilevare con successo disturbi neurologici, malattie genetiche e cellule cancerose.
Il Prof. Asst Chen ha affermato:"L'uso dei laser ci consente di amplificare sottili cambiamenti biologici, poiché funzionano bene anche in ambienti di tessuti sparsi o profondi. I laser offrono una forte coerenza e intensità e un elevato rapporto segnale-rumore, che portano a più rilevamento preciso."
I ricercatori hanno affermato che le microgocce hanno potenziali applicazioni nello screening farmacologico. "Prevediamo che lo studio proposto possa servire come strumento utile sia per la scienza biologica fondamentale che per applicazioni come lo screening dei farmaci e le applicazioni di organi o tessuti su chip", ha affermato il prof. Asst Chen.
Attualmente, i test per le cellule malate vengono eseguiti con la luce fluorescente convenzionale. L'uso del laser conferisce numerosi vantaggi, hanno affermato i ricercatori. Il più importante è una maggiore precisione nel rilevamento delle malattie.
"Poiché la lunghezza d'onda di un raggio riflesso dal laser occupa una banda più stretta rispetto alla fluorescenza utilizzata nei test convenzionali, i risultati sono più chiari e precisi, con meno rumore e incertezza", ha affermato il dottor Fang, membro presidenziale post-dottorato presso la School of NTU Ingegneria Elettrica ed Elettronica e co-autore corrispondente dell'articolo.
"A causa della loro elevata sensibilità ai cambiamenti nell'ambiente circostante, le particelle laser sono state impiegate come sensori molecolari in varie applicazioni", ha affermato il prof. Asst Chen.
Queste microgocce personalizzabili offrono anche flessibilità nel movimento e nel rilevamento. Secondo una ricerca pubblicata in precedenza, possono essere controllati manualmente utilizzando particelle magnetiche o muoversi autonomamente utilizzando lipidi e tensioattivi, consentendo loro di diffondersi all’interno di un corpo. Sono anche biodegradabili e possono essere assorbiti in modo sicuro dall'organismo.
"La capacità di manipolare i microlaser, laser di pochi micron, nei fluidi biologici apre nuove possibilità nelle applicazioni biofotoniche", ha affermato il prof. Asst Chen.
Usi alternativi nella terapia fotodinamica
Le microgocce potrebbero essere applicate nella terapia fotodinamica, in cui i pazienti ricevono un farmaco attivato dalla luce. Questi farmaci, chiamati fotosensibilizzatori, sono progettati per essere assorbiti solo dalle cellule malate o anormali e hanno effetto solo se attivati da una fonte di luce.
Le microgocce del team sono abbastanza piccole da navigare nel flusso sanguigno e anche legarsi agli esosomi. Potrebbero essere utilizzati per trasportare questi fotosensibilizzatori nelle aree in cui le cellule malate rilasciano esosomi.
La terapia fotodinamica convenzionale utilizza una luce fluorescente esterna per attivare i trasportatori di farmaci nel flusso sanguigno, che illuminano un'ampia superficie del corpo. I medici possono attivare i farmaci in modo più preciso e locale utilizzando invece un laser come sorgente luminosa, ottenendo così un'efficienza più mirata.
Il gruppo di ricerca sta attualmente lavorando per sviluppare un biochip integrato che possa essere potenzialmente commercializzato per l'uso nello screening farmacologico e nei test biologici su un singolo chip.
Ulteriori informazioni: Ziyihui Wang et al, Microlaser autonomi per la profilazione di vescicole extracellulari da sferoidi tumorali, Nano lettere (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.2c04123
Ziyihui Wang et al, Microlaser simili a motori funzionanti in fluidi biologici, Lab on a Chip (2022). DOI:10.1039/D2LC00513A
Informazioni sul giornale: Lab su un chip , Nanolettere
Fornito da Nanyang Technological University
