Il grafene e l’oro potrebbero costituire la strada per una migliore salute aiutandoci a testare nuovi farmaci, e a somministrarli in modo più accurato e persino a monitorare i tumori.
In uno studio pubblicato sulla rivista Science Advances, un gruppo di ricercatori ha dimostrato come monitorare il battito delle cellule del cuore umano usando solo luce e grafene. Oggi come oggi, tutti i potenziali farmaci vengono testati sulle cellule cardiache per assicurarsi che non abbiano effetti collaterali sul cuore. Si tratta di cellule cardiache che vengono coltivate su piastre di vetro o di plastica, sostanze che, però, non conducono l’elettricità mentre il nostro cuore lo fa, il che significa che i test non sono così realistici come dovrebbero essere.
Il grafene, tuttavia, converte la luce in elettricità e non è tossico. Nello studio indicato, i ricercatori sono riusciti a capire come controllare con precisione la quantità di elettricità che il grafene genera modulando la quantità di luce utilizzata. Coltivando cellule cardiache su piastre di grafene, diventa possibile manipolarle, come afferma il co-autore dello studio Alex Savtchenko, fisico dell’Università della California, a San Diego, stimolandole a contrarsi più velocemente o più lentamente, secondo la necessità.
Ciò significa che i ricercatori possono far sì che il grafene imiti un modello di elettricità simile a varie malattie cardiache, il che rende più facile testare farmaci per il cuore e altri nuovi farmaci. Savtchenko ipotizza anche che questo metodo possa essere utilizzato per costruire dei pacemaker più efficienti. I pacemaker controllano il battito del cuore e sono generalmente costituiti da elettrodi che possono causare cicatrici interne. Savthenko immagina di poter usare, invece di elettrodi, un piccolo pezzo di grafene di lunga durata attaccato al muscolo cardiaco. (Il grafene sarebbe controllato da una minuscola sorgente luminosa impiantata nelle vicinanze e non causerebbe cicatrici.) Successivamente, il grafene potrebbe essere usato per controllare l’elettricità nel cervello e aiutare a trattare malattie neurodegenerative come il Parkinson. “Il cuore umano è straordinariamente resistente, ma è ancora solo una pompa“, dice.
Un altro materiale con un grande potenziale in medicina è l’oro. Le nanoparticelle d’oro sono sicure per il corpo e chimicamente stabili. Queste nanoparticelle possono essere rivestite con un farmaco specifico, e sono così piccole che possono muoversi facilmente attraverso il corpo e andare direttamente dove è necessario il farmaco.
Questa sarebbe l’idea ma il problema è che, quando si inietta una nanoparticella d’oro nel corpo, questa viene immediatamente ricoperta dalle proteine del siero, che allertano il sistema immunitario che attaccherà la particella nello stesso modo in cui combatte tutti gli altri invasori del corpo. I nostri corpi cercano di alla particella di raggiungere il suo obbiettivo provocando spesso la degradazione del farmaco che poi sarà smaltito nella milza.
Enrico Ferrari, un nanotecnologo dell’Università di Lincoln, ha sviluppato un nuovo modo di produrre nanoparticelle ed i suoi risultati sono stati recentemente pubblicati su Nature Communications. Ferrari ha aggiunto alla superficie della nanoparticella d’oro uno strato di proteine che impedisce alle proteine sieriche di attaccare. Questo nuovo livello funziona come un adattatore: Un lato si lega molto bene all’oro e tiene a bada le proteine del siero mentre l’altro lato è progettato in modo da puntare direttamente ai recettori specifici della cellula bersaglio dove portare il farmaco. In teoria, questo nuovo metodo può essere utilizzato con qualsiasi tipo di farmaco e di nanoparticelle d’oro. Ferrari sta lavorando con altri scienziati per esportare questo metodo al di là del laboratorio.
Le nanoparticelle d’oro possono anche essere usate per monitorare il cancro, dice Matt Trau, chimico dell’Università del Queensland. (Trau è l’autore di uno studio diverso, anch’esso pubblicato di recente sulla rivista Nature Communications.) I tumori maligni spesso rilasciano piccole cellule che circolano attraverso il sangue. Queste cellule, chiamate cellule tumorali circolanti (CTC), sono diverse l’una dall’altra e possono creare più tumori, quindi è importante tenerle d’occhio. Ci sono alcuni indizi su dove potrebbero essere i CTC, queste cellule spesso presentano un particolare tipo di proteina come recettore, ma sono molto difficili da individuare.
Trau e il suo team hanno ingegnerizzato varie nanoparticelle d’oro in modo da poter monitorare uno dei quattro diversi tipi di CTC. “Prepari tutte le particelle, le mescoli insieme e butti le particelle nel campione di sangue“, dice. Essenzialmente, queste nanoparticelle sono addestrate per cercare e attaccarsi al tipo specifico di proteina che contraddistingue un CTC. Quando brilla una linea fluorescente sulle particelle, emettono un “codice a barre” univoco. Se la nanoparticella trova e si attacca al bersaglio della proteina, il codice a barre cambia in modo da sapere quale CTC ha trovato e quanti. Diverse particelle sono progettate per trovare diversi CTC.
Per lo studio, Trau ha testato la nuova tecnica su campioni di sangue prelevati da pazienti con melanoma prima, durante e dopo il trattamento. Le nanoparticelle hanno mostrato i diversi tipi di cellule tumorali in ogni campione, permettendo di capire come il sistema immunitario reagisce ed eventuali effetti collaterali. Ora si tratta di esaminare un maggior numero di campioni di sangue e altri tipi di CTC. “Se riuscissimo a seguire le CTC in tempo reale, potremmo modificare ad hoc il trattamento del paziente senza dover aspettare che si manifestino effetti macroscopici, Queste sono possibilità per la terapia dei tumori che non abbiamo mai avuto prima“.
