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domenica 24 febbraio 2008

FANTASTIC VOYAGE 7

Scienziati del M.D. Anderson Cancer Center della University of Texas hanno trovato il modo di assemblare direttamente particelle virali e nanoparticelle dorate al fine di scovare e trattare una malattia ovunque si trovi nell’organismo umano. Lo studio, pubblicato su The Proceedings of the National Academy of Science (PNAS), dimostra come utilizzare materiali biologicamente compatibili (l’oro è un metallo che non viene rigettato dall’organismo) per fabbricare un “nanoshuttle” - migliaia di volte più piccolo di un capello umano - che può essere attaccato a particelle virali e viaggiare nel corpo umano verso un preciso obiettivo. Una volta raggiunta la zona interessata, il nanoshuttle può mettere in campo una serie vasta di funzioni. Lo studio definisce come le particelle dorate assemblate possono essere “sintonizzate” per distruggere i tessuti o per emettere segnali localizzabili da dispositivi per la visualizzazione. Il sistema può anche essere adattato in modo da formare un'impalcatura flessibile in grado di trasportare farmaci, geni o cellule staminali rigenerative.

"L'oro è un metallo perfetto per tutte queste funzioni, ma finora era risultato estremamente difficile trovare il modo di andare a colpire specifci organi", dice Renata Pasqualini, professoressa di Medicina e Biologa del Cancro, co-autrice dllo studio, "invece di usare il solito approccio, usando una molecola sintetica o un polimero, siamo riusciti a mixare una nanoparticella geneticamente programmata con un metallo bio-compatible, come l'oro".

Queste "nano-piattaforme", potenzialmente potrebbero essere in grado di localizzare specifici tumori usando varie tecniche di imaging. I tumori potrebbero poi essere trattati riscaldando le particelle dorate con luce laser oppure usando le nanoparticelle per trasportare un farmaco che elimini il cancro. "L'uso di nanoshells dorate e luce laser è stato testato in modelli pre-clinici, ma non si è riusciti a far agire la terapia in modo accurato", dice Wadih Arap, l'altro autore dello studio, esperto di cancro.

Il nanoshuttle non è ancora stato testato su un corpo vivo, ma l'uso combinato di oro e batteriofagi, virus che infettano solo i batteri, promette di riuscire nell'impresa. La capacità di individuare le cellule malate è resa possibile proprio da virus geneticamente manipolati per corrispondere a determinati recettori proteici del tessuto da curare. Un precedente lavoro di Pasqualini e Arap, pionieri in questo campo, aveva rivelato che il sistema vascolare umano contiene degli "indirizzi" molecolari unici, a seconda del "sito" di un organo o di un tessuto. Grazie a questa scoperta, sono stati i primi a rendere i batteriofagi in grado di riconoscere questi codici vascolari. "Nel nostro nuovo approccio", dice Pasqualini, "il batteriofago può essere analizzato e selezionato per un obiettivo specifico cellulare o per uno specifico tessuto". Praticamente, assemblando le particelle dorate nel batteriofago e aggiungendo una specifca molecola, come l'imidazolo, si ha un bio-nano-sensore in grado di legarsi ad una specifica segnatura molecolare e in grado di fornire informazioni grazie alle specifiche proprietà dell'oro che può essere misurato in molti modi diversi.

Il team di ricerca, di cui fa parte anche il chimico Glauco Souza, ha scoperto inoltre che manipolando le condizioni della soluzione, si può formare un "idrogel", un ambiente inorganico capace di sostenere e nutrire le cellule staminali. Questa matrice biologica potrebbe essere usata per crescere particolari tessuti in laboratorio di cui necessita il paziente, oppure potrebbe essere iniettata direttamente nell'organismo del paziente n modo che si auto-impianti dove c'è bisogno, così che le cellule staminali possano tasformarsi in tessuto e riparare internamente la ferita.

(Credit: Jeffrey Karp)

Sempre a proposito di bioingegneria medica, ricercatori del MIT hanno sviluppato un nastro adesivo sottile e biodegradabile che potebbe rimpiazzare le suture, e che potrebbe essere posto su organi, come il cuore, direttamente all'interno del corpo. Testato su dei topi, il nastro sembra non causare alcun rigetto o irritazione.

Sviluppato dal Professore d'Istituto Robert Langer e da Jeffrey Karp, un bio-ingegnere della Harvard-MIT Division of Health Sciences, in collaborazione con ricercatori di due ospedali di Boston, è fatto di un elastomero biodegradabile che può essere corretto con farmaci. La sostanza adesiva è ispirata agli arti del geco, animaletto che troviamo ogni tanto attaccato alle pareti delle nostre case, che sono ricoperti da milioni di minuscole e flessibili setole capaci di aderire a qualunque tipo di superficie: per ricrearle sinteticamente, i ricercatori hanno usato un polimero liquido fatto di "nanopillars", un nano-metamateriale biomimeticamente manipolato per riprodurre le setole del geco, e una colla chimica. Sia le proprietà meccaniche del nastro che il suo tasso di degradazione possono essere modificati per adattasi a differenti tessuti.

(Credit: Richard Baker, University of Rochester)

Un'altro bioingegnere ha svillupato un dispostivo impiantabile che cattura campioni di cellule staminali che circolano nel sangue. Il dispositivo, un microtubo di plastica di qualche centinaia di micrometri ricoperto da proteine chiamate "selectine", potrà essere utilizzato per i trapianti di midollo osseo, le terapie a base di cellule staminali, e anche per catturare e riprogrammare le cellule cancerose presenti nel flusso sanguigno. La compagnia CellTraffix sta commercialzzando la tecnologia.

Sfruttando la capacità delle selectine di interagire con alcune cellule, come le cellule sanguigne e le cellule staminali derivate dal midollo osseo, Michael King, ingegnere chimico della University of Rochester, che ha creato il dispositivo, è riuscito a trovare il modo di inviare segnali chimici alle cellule in modo da direzionarle verso specifici siti. Nella sperimentazione effettuata su topi, è riuscito in questo modo a catturare campioni di cellule staminali dal flusso sanguigno. Tuttavia, l'impianto non è in grado di catturare il quantitativo di cellule staminali necessarie per un trapianto. Ma la tecnica sarà comunque utile fuori dal corpo, per purificare cellule staminali derivate dal midollo osseo da eventuali cellule cancerose. Inoltre, l'impianto di King servirà per catturare, concentrare e differenziare cellule staminali direttamente all'interno del corpo, o magari anche per estrarre cellule staminali neurali.

Tom Fitzgerald, CEO della CellTraffix, dice che il primo prodotto ad essere commercialzzato sarà un kit che consentirà ai ricercatori di catturare larghe quantità di cellule staminali e cellule cancerose in laboratorio. Mentre, per il 2010, prevede l'inizio dei test clinici su un impianto anti-cancro. "Il nostro obiettivo ultimo", dice King "è di realizzare un dispositivo impiantabile che rimuoverà selettivamente le cellule matastatiche tumorali dal sangue prima che diventino pericolose".

Andrew Turberfield, della Oxford University, in Inghilterra, e colleghi della University of Bielefeld, in Germania, sono riusciti ad assemblare per via chimica nanostrutture piramidali di DNA che cambiano forma creando una sorta di "nano-pistone" che potrà essere usato per il nanotrasporto di farmaci.

Fino ad ora, il problema è stato come controllare con precisione queste strutture tridimensionali. I tetraedroni - strutture con quattro lati triangolari - di DNA ottenuti dai nanoricercatori possono essere controllati chimicamente, atttraverso differenti sequenze di DNA, in modo da cambiare alternativamente la lunghezza da 3.4 a 10.2 nanometri e viceversa, similarmente ad un pistone.

Chengde Mao, della Purdue University, che non ha partecipato al lavoro, dice che queste strutture potranno funzionare come nanomacchine molecolari per il trasporto di farmaci a base di proteine che potranno essere rilasciati su determinati obiettivi all'interno del corpo.

Il viaggio continua...

Bourns College of Engineering

Department of Biochemistry

M. D. Anderson Cancer Center

CellTraffix

Andrew Turberfield, Oxford University

Chengde Mao, Purdue University

Fantastic voyage

Fantastic Voyage II

Fantastic Voyage III

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Fantastic voyage VI

Viaggio allucinante

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