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Professor Stephen Hawking has pleaded with world leaders to keep technology under control before it destroys humanity.

martedì 3 giugno 2008

FANTASTIC VOYAGE 8

Il gruppo di ricercatori guidato da A. Prasanna de Silva, alla Queen’s University di Belfast, nel Regno Unito, insieme ad un team di chimici giapponesi, ha sviluppato dei nanorobot molecolari per esplorare gli ambienti chimici ancora sconosciuti del nanospazio in cui vivono le cellule (il lavoro è stato pubblicato su Angewandte Chemie).

Le molecole ingegnerizzate trasformano le misure di due differenti valori chimici delle membrane cellulari in segnali luminosi, in particolare nell'intensità della luce e nella sua lunghezza d'onda, che possono essere decodificati. Si spera così di riuscire a sondare i meccanismi cellulari che generano energia, e anche di capire come i segnali viaggiano attraverso le cellule nervose.

I nanorobot sono composti di una sezione sensitiva ai protoni, usati dalle cellule per generare ed immagazzinare energia, collegata ad una regione fluorescente sensitiva alla polarità degli elettroni, usata dalle cellule per dare forma alla struttura delle membrane e per tenere insieme o a parte le molecole. Quando il recettore della prima sezione rileva un protone, rilascia energia che fa emettere luce alla regione fluorescente: più protoni vengono rilevati e più luce viene emessa.

De Silva e colleghi hanno creato 18 differenti versioni del nanorobot, più o meno idrofobiche o idrofiliche, che sono state testate con capsule di membrana cellulare artificiale fatte di acqua e sapone: monitorando l'intensità e la lunghezza d'onda della luce emessa, il team ha potuto creare una mappa dettagliata degli ambienti elettro-chimici intorno alle membrane.

"È la prima volta che la distribuzione dei protoni vicino ad una membrana è stata mappata così dettagliatamente", ha detto de Silva, "ed è anche la prima volta che da una famiglia di molecole sensoriali si ottengono simultaneamente, da una stessa locazione, due tipi diversi di informazione".

(Credit: Wiley-Blackwell)

Ricercatori coreani hanno creato un virus artificiale, da utilizzare per terapie geniche, che può essere inviato, con un "carico" di geni e farmaci, all'interno delle cellule malate del paziente (il lavoro è stato descritto su Angewandte Chemie).

A differenza dei virus naturali, che possono provocare una risposta del sistema immunitario e causare il cancro, quelli artificiali non dovrebbero causare effetti collaterali, anche se è molto difficile controllarne forma e dimensione, entrambe cruciali per la loro efficacia. Il team guidato da Myongsoo Lee ha usato una nuova strategia per mantenere definite sia forma che dimensione del virus: sono partiti da una struttura proteica a nastro ("β-sheet") che si è poi auto-organizzata legandosi agli "Small Interfering RNAs" ("breve RNA interferente"), o "siRNA", molecole di RNA lunghe tra i 20 ed i 25 nucleotidi capaci di inibire l'espressione di singoli geni e per questo considerate promettenti per la terapia genica.

Inizialmente, i siRNA furono scoperti dal gruppo di ricerca di David Baulcombe a Norwich, come responsabili del cosiddetto "silenziamento genico post-trascrizionale" nelle piante. Successivamente, nel 2001, siRNA sintetici sono stati utilizzati per indurre interferenza RNA in cellule di mammifero da parte del gruppo di ricerca di Thomas Tusch.

Il gruppo coreano spera di riuscire attraverso molecole di glucosio poste sulla superficie del virus artificiale a guidare il legame con i trasportatori di glucosio che si trovano in quasi tutte le cellule dei mammiferi, specie in quelle tumorali. Alcuni test con una linea di cellule cancerose umane ha dimostrato che i virus artificiali trasportano efficientemente il siRNA inibendo così il gene obiettivo. In un altro test, i ricercatori sono riusciti ad attaccare ai virus artificiali molecole idrofobiche, cioè idro-repellenti, giunte fino al nucleo delle cellule tumorali.

(Articolo di riferimento: Yong-beom Lim, Eunji Lee, You-Rim Yoon, Myeong Sup Lee, Myongsoo Lee, "Filamentous Artificial Virus from a Self-Assembled Discrete Nanoribbon", Angewandte Chemie International Edition, 2008, 47).

(Credit: Francesco Stellacci/Nature Materials)

Scienziati del MIT hanno creato delle nanoparticelle in grado di penetrare all'interno di cellule senza ucciderle. Questi nanomateriali potrebbero rappresentare un modo sicuro per convogliare dei carichi chimici all'interno di cellule malate.

I ricercatori hanno provato diverse strategie per far attraversare la membrana cellulare a nanoparticelle grandi 5-10 nanometri, in grado di trasportare un carico composto da farmaci e altri composti come dei marcatori. Alcune sono state rivestite con dei peptidi - molecole di peso inferiore ai 5000 dalton, costituite da una catena di pochi amminoacidi (fino a 100 circa) - altre con materiali sintetici, in modo da consentire alle particelle di passare la membrana, anche usando la forza (ad esempio, tramite cariche elettrostatiche che formano dei pori nella membrana).

Il gruppo di Francesco Stellacci, professore associato di Scienza dei Materiali, ha incorporato le proprietà dei peptidi che consentono la penetrazione della membrana in nanoparticelle dorate del diametro di sei nanometri ricoperte con strisce alternate di molecole idrofobiche e idrofiliche e marcate con un colore fluorescente che sono state testate su cellule immunitarie di un topo: le nanoparticelle sono entrate nella cellula e si sono distribuite mediante il citosol - sostanza gelatinosa presente all'interno della cellula - senza ucciderla (i risultati dello studio sono apparsi su Nature Materials).

(Credit: Jin Xie, Brown University)

Un team di ricercatori della Brown University, guidato dal chimico Shouheng Sun, in collaborazione con il team del professore Xiaoyuan Chenha, della Stanford University, ha creato delle nanoparticelle magnetiche utilizzabili per la localizzazione di cellule malate mediante risonanza magnetica (i risultati dello studio sono stati pubblicati online sul Journal of American Chemical Society).

Il trucco sta nel creare nanoparticelle sufficientemente piccole per navigare attraverso il flusso sanguigno senza essere "notate" dal sistema immunitario. Il team ha usato nanoparticelle di ossido di ferro di circa 8.4 nanometri di diametro che sono state rivestite di peptidi e poi iniettate in un topo localizzando una cellula neurale tumorale chiamata "U87MG". Il rivestimento di peptidi, di uno spessore di due nanometri - 10 volte più sottile dei più piccoli agenti di contrasto usti per la risonanza magnetica come il Feridex - ha consentito alle nanoparticelle di emettere un segnale molto forte facilmente ricevibile.

Il lavoro è stato finanziato dal National Cancer Institute, parte dei National Institutes of Health, e dall'Experimental Program to Stimulate Competitive Research (EPSCoR) del Department of Energy.

(© 2008 by The National Academy of Sciences of the USA)

Un team del Center for Cancer Nanotechnology Excellence Focused on Therapy Response (Stanford CCNE), usando nanoparticelle progettate appositamente per produrre un segnale spettroscopico Raman, ha mostrato come sia possibile ricavare immagini dell'intero corpo di piccoli animali e rilevare la presenza e la locazione di tumori, seguendo il percorso delle nanoparticelle all'interno del corpo (il lavoro, il primo ad utilizzare la SERS - Surface-Enhanced Raman Spectroscopy - una tecnica per lo studio a livello nanometrico dell'interfaccia tra sistemi biologici e superfici solide che consente di aumentare di molti ordini di grandezza il segnale Raman convenzionale, è stata riportata sui Proceedings of the National Academy of Sciences).

Il team guidato da Sanjiv Gambhir, principale ricercatore dello Stanford CCNE, ha usato sia nanotubi a parete singola (Single-Walled Carbon Nanotubes o SWCNTs) che nanoparticelle dorate ricoperte di silicio, conosciute come "Nanoplex biotags", come agenti di contrasto per la SERS. Dato che ogni nano-bio-tag produce un segnale Raman unico, i ricercatori hanno modificato un microscopio Raman standard in grado di misurare il segnale Raman emesso dalle nanoparticelle all'interno del corpo di animali.

In un esperimento, il team ha iniettato in un topo due differenti Nanoplex riuscendo a tracciarle simultaneamente nel corpo dell'animale; hanno poi ripetuto l'esperimento con successo usando quattro differenti biotags grazie al segnale Raman unico emesso da ogni nanoparticella. Infine, hanno ottenuto lo stesso risultato iniettando dei nanotubi al carbonio.


Ricercatori della Arizona State University (A.S.U.) hanno creato delle "nanomacchine" 350 volte più potenti di quelle fino ad oggi costruite che potranno essere impiegate per il nano-tasporto di farmaci salvavita o per testare la qualità di acque potabili in regioni remote del mondo (il lavoro è apparso su ACS Nano).

Una nanomacchina è un dispositivo grande meno di un micron (un milionesimo di un metro). Negli ultimi cinque anni, hanno visto la luce nanomacchine di oro, platino e nichel alimentate da perossido di idrogeno, ma che non riescono a muoversi più velocemente di 10 micron al secondo, il ché non consente alcuna applicazione pratica. Il team di Joseph Wang, direttore del Center for Bioelectronics and Biosensors al Biodesign Institute della A.S.U., è riuscito a far raggiungere alla nanomacchina una media di 60 microns al secondo mediante nanotubi al carbonio inseriti nel platino, toccando i 200 microns al secondo con l'aggiunta di idrazina, un composto chimico derivato dall'ammoniaca che accelera l'ossidazione del perossido di idrogeno.

"Finalmente, abbiamo dei nanomotori sintetici di una certa potenza", ha detto Wang, "possiamo aspettarci molto presto nuove opportunità". Il problema è che il corpo umano non produce il perossido di idrogeno necessario ad alimentare la nanomacchina. Per questo, Wang e colleghi stanno cercando il modo di sintetizzarlo dal glucosio. Secondo Wang, nel giro di due anni, i suoi nanomotori potranno essere usati insieme a dei sensori per rilevare impurità (metalli o microbi) nell'acqua potabile ed, eventualmente, rimuoverle.

(Credit: Wiley-VCH)

Un team guidato da Günter von Kiedrowski, alla Ruhr University di Bochum, ha realizzato un dodecaedro (una figura geometrica con dodici superfici) composto da blocchi di DNA. Come riportato da Angewandte Chemie, l'oggetto si è auto-assemblato partendo da 20 singoli oligonucleotidi - sequenze nucleotidiche sintetiche - e tre brevi catene di DNA.

Per ottenere un dodecaedro regolare e non oggetti geometrici casuali, tutte le catene di DNA devono avere una sequenza differente ma anche parti complementari per legarsi assieme. Per riuscire a produrlo, i ricercatori hanno sintetizzato con l'aiuto del computer, che ha identificato 30 sequenze indipendenti di DNA da 15 paia di basi con proprietà fisiche simili e tre catene di DNA collegare in un unico punto, 20 oligonucleotidi: mischiato il tutto in una soluzione tampone, i vari blocchi hanno cominciato ad aggregarsi formando un dodecaedro regolare composto da particelle uniformi del diametro di 20 nanometri, flessibile, che può essere deformato come una soft-ball.

In futuro, dotando gli oligonucleotidi di "braccia" pendenti, il dodecaedro potrà essere equipaggiato con ulteriori molecole funzionali, dando vita a dei nanodispositivi altamente complessi simili a virus sia nella forma che nella dimensione utilizzabili nel campo della nanomedicina e della nanoelettronica.

(Articolo di riferimento: Günter von Kiedrowski, "Self-Assembly of a DNA Dodecahedron from 20 Trisoligonucleotides with C3h Linkers", Angewandte Chemie International)

Il viaggio continua...

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