Nanoparticelle in viaggio nell’organismo… in incognito

Le nanoparticelle hanno proprietà fisiche molto interessanti per le applicazioni biomediche: possono veicolare farmaci in modo mirato alle nostre cellule, danneggiare selettivamente tessuti tumorali, o ancora essere sfruttati come agenti risonanti per l’imaging di tessuti malati. 
Le nanoparticelle metalliche hanno la capacità di assorbire in modo molto efficiente l’energia della radiazione luminosa o magnetica e di trasformarla in calore, calore che a sua volta può distruggere delle cellule malate (terapie foto e magnetotermiche). 
Ma quali ostacoli incontrano, le nanoparticelle, nel loro viaggio all’interno dell’organismo? Il nostro corpo è progettato per individuare agenti esterni, potenzialmente tossici, e sbarazzarsene il più rapidamente possibile. Per evitare che questa sorte tocchi anche alle nanoparticelle, il loro cuore metallico può essere ricoperto da uno strato di molecole organiche che gli permettono di aggirarsi in incognito nel nostro corpo. 
Il progetto ERC BioMNP è rivolto allo studio delle interazioni molecolari tra queste nanoparticelle “mascherate” e diversi sistemi biologici, come le proteine che affollano i vasi sanguigni o le membrane cellulari.
Il progetto BioMNP è stato finanziato nel 2016 dalla Comunità Europea con un milione di Euro, e oggi coinvolge al Dipartimento di Fisica un gruppo di 6 persone tra ricercatori, studenti e la sottoscritta con il ruolo di principal investigator. Si tratta di un progetto computazionale: le simulazioni al calcolatore sono come un microscopio in silico, che permette di osservare l’interazione tra le nanoparticelle e i sistemi biologici con risoluzione atomica. Il gruppo di ricerca del DIFI ha dimostrato in che modo nanoparticelle d’oro irradiate da luce laser possano trasmettere calore alla membrana cellulare (A. Torchi et al., ACS Nano 2017, vol. 11, pp 12553–12561), ed è ora impegnato nel capire quale tipo di ricoprimento organico della nanoparticella possa rendere più efficiente questo processo. 
Un altro risultato importante riguarda il ruolo giocato dalla carica elettrica della nanoparticella: le molecole organiche che la rivestono sono spesso cariche, perché la repulsione elettrostatica tra le nanoparticelle ne assicura un buon scioglimento in acqua e nel siero biologico. La carica, però, determina anche il tipo di interazione tra le nanoparticelle e le membrane cellulari, che talvolta possono risultarne danneggiate (Salassi et al., J. Phys. Chem. C 2017 121, pp. 10927-10935). 
Il progetto mirerà ora a rinforzare le sinergie tra l’approccio sperimentale e quello computazionale. Due gruppi del Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale (Proff. Canepa e Relini), sono già all’opera per la sintesi delle nanoparticelle e per lo studio delle loro interazioni con membrane lipidiche modello. La comprensione dei meccanismi molecolari che governano le interazioni tra le nanoparticelle e i sistemi biologici avrà importanti ricadute sul design di nanoparticelle con applicazioni biomediche.

 

Giulia Rossi
Dipartimento di Fisica

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