Il lavoro è stato svolto nell’ambito dell’iniziativa europea Graphene Flagship.
Recentemente, è stato pubblicato dalla rivista scientifica internazionale Carbon uno studio che mostra cosa accade quando alcuni materiali a base di grafene entrano in contatto con il sangue umano, aumentando così la conoscenza necessaria, da una parte a comprendere la potenziale tossicità dei nanomateriali, dall’altra ad affinare la capacità di funzionalizzarli per precise applicazioni biomediche. La ricerca è stata coordinata da Andrea Armirotti, responsabile dell’Analytical Chemistry Facility di IIT, e vede la collaborazione di Ester Vazquez della Univerità Castilla La Mancha e di due giovani ricercatrici IIT, Valentina Castagnola del NSYN (coordinato da Fabio Benfenati) e Clarissa Braccia dell’Analytical Chemistry Facility di IIT.Il lavoro nasce nell’ambito del progetto europeo Graphene Flagship, di cui IIT è tra i principali partner fin dall’avvio dell’iniziativa europea. Il contributo di IIT nel progetto spazia in numerose aree di ricerca grazie al lavoro costante dei ricercatori collocati tra Genova, Pisa, Roma, Ferrara e Trento, afferenti a diverse linee di ricerca e attivi nel contesto dei Graphene Labs, coordinati dalla ricercatrice Camilla Coletti https://graphene.iit.it/Un’intervista alle prime due autrici del lavoro, Castagnola e Braccia, è stata pubblicata sul sito della Graphene Flaship (https://graphene-flagship.eu/graphene/news/spotlight-graphene-applications-in-drug-delivery/); pubblichiamo la versione italiana sul nostro magazine.
- Potresti riassumere le principali scoperte del tuo ultimo lavoro?
Quando i nanomateriali entrano in contatto con fluidi biologici, come il sangue, vengono spontaneamente ricoperti da uno strato di molecole, che e si adsorbono naturalmente sulla loro superficie (corona biomolecolare). La composizione e la struttura di questa corona regola molti aspetti delle interazioni dei nanomateriali con le cellule umane. Il nostro lavoro ha studiato, per la prima volta, il ruolo dei lipidi presenti nella corona nella mediazione delle interazioni del grafene con le cellule. Questo è importante per capire se e come il grafene può essere sfruttato in nanomedicina, ad esempio, per la somministrazione e veicolazione di farmaci. Comprendere le interazioni biologiche dei nanomateriali è importante al fine di progettare nanomateriali funzionali per scopi specifici.
- Perché il grafene è stato fondamentale per questi progressi?
Tra gli altri nanomateriali, i materiali a base di grafene suscitano un crescente interesse per le loro potenziali applicazioni nel campo biologico grazie alla loro eccellente biocompatibilità, la possibilità di funzionalizzare la loro superficie e la loro capacità di trasportare altre molecole, come farmaci. Per questo motivo, i materiali a base di grafene rappresentano un promettente “trasportatore” per la somministrazione di farmaci. Nel nostro lavoro, utilizzando due tipi di grafene con diversa chimica superficiale (grafene puro e ossido), abbiamo identificato una precisa relazione tra la superficie, i lipidi adsorbiti su di essa e la capacità del grafene di essere internalizzato da parte delle cellule endoteliali cerebrali (il componente principale della barriera ematoencefalica). Come accennato in precedenza, queste correlazioni sono fondamentali per progettare materiali a base di grafene per specifiche applicazioni biomediche.
- Sfortunatamente, ultimamente “corona” ha acquisito un significato molto specifico – potresti spiegare cos’è esattamente la corona biomolecolare?
Il termine “corona biomolecolare” è stato coniato nel 2007 dal gruppo del Prof. Kenneth Dawson presso l’University College di Dublino, dove Valentina ha trascorso un produttivo periodo di ricerca. Quando un nanomateriale entra in contatto con un ambiente biologico, come il sangue o altri fluidi biologici, le biomolecole naturalmente presenti nei biofluidi, come proteine, metaboliti o lipidi si adsorbono spontaneamente sulla superficie del materiale, creando un strato. Questo strato “corona” definisce la superficie finale del nanomateriale, che definisce anche la sua identità biologica.Qual è la rilevanza biologica della corona biomolecolare?Questo adsorbimento di biomolecule è un processo naturale che si verifica quando un nanomateriale entra in contatto con i fluidi biologici nel corpo. E’ importante comprenderlo a fondo per poterlo sfruttare a nostro vantaggio. Conoscere lo strato di biomolecole che ricoprirà la superficie del nostro materiale una volta iniettato nel corpo ci consentirà di predire il loro percorso e la loro destinazione finale all’interno dell’organismo. Come abbiamo dimostrato nel nostro lavoro, anche la composizione lipidica di questo strato è strettamente connessa alle caratteristiche superficiali del materiale.
- Qual è stata l’importanza della collaborazione, in particolare all’interno del framework Graphene Flagship, in questi studi?
Le collaborazioni all’interno del Graphene Flagship, così come in tutti i progetti di ricerca ampi, sono essenziali per questo tipo di studi: tutti i tipi di grafene utilizzati per questo studio sono stati forniti da Ester Vazquez dell’Universtà Castilla-La Mancha (UCLM, Madrid), che è partner del nostro Work Package (WP4: salute e ambiente). L’UCLM ha anche studiato la stabilità di questi materiali nelle condizioni che abbiamo utilizzato per i nostri esperimenti. Durante i meeting della Flagship, abbiamo l’opportunità di mostrare i nostri risultati e discuterli con una rete di esperti del settore; questo ci permette di ampliare le nostre conoscenze e il nostro pensiero critico.
- Perché hai deciso di studiare le proprietà del grafene e dei materiali 2D?
CB: Perché penso che siano i materiali del futuro. E mi piace essere coinvolta in progetti direttamente correlati a materiali così innovativi. Sono felice di lavorare su qualcosa che può fare la differenza in così tanti campi di studio.VC: Studio le interazioni biologiche dei materiali a base di grafene dal 2015. Questi materiali sono eccezionali e promettenti per le loro proprietà ma sono anche molto difficili da gestire nel contesto biologico. Questo rappresenta una vera sfida, che rende il nostro lavoro molto stimolante. Vincerla porterà ad una vera rivoluzione tecnologica.
- Cosa ne pensi dei progetti di collaborazione internazionale come il GF?
CB: Penso che avere un ruolo in un ambiente così internazionale sia una meravigliosa opportunità per i giovani ricercatori, perché hai la possibilità di lavorare fianco a fianco con colleghi di diversi campi e background. Questo ti permette di ampliare i tuoi orizzonti.VC: I grandi progetti di collaborazione internazionale sono un’opportunità vitale per i giovani scienziati per imparare e sviluppare una rete che può essere sfruttata per costruire nuovi consorzi e nuovi progetti. Nel mio caso, le persone che ho incontrato e le sfide che ho dovuto affrontare nel contesto dei progetti di collaborazione dell’UE sono state essenziali per il mio sviluppo personale e professionale.
- Come ricercatore all’inizio della carriera, dove vedi andare il tuo campo?
CB: Ho la sensazione che il futuro del mio campo sia lo studio e lo sviluppo di nuovi strumenti per sfruttare i cosiddetti “approcci farmacologici personalizzati”.VC: Dati gli sviluppi della nanomedicina negli ultimi anni, credo che dovremmo muoverci verso approcci biomimetici ibridi, che consentano di sfruttare sia le caratteristiche funzionali dei nanomateriali che elementi biologici endogeni.
- Quali sono i tuoi piani per il futuro?
CB: Sono all’inizio della mia carriera scientifica (è il mio primo anno di post-dottorato) e ho così tante opportunità davanti a me che è difficile dire cosa farò. Spero di continuare il mio lavoro di ricerca e forse un giorno potrò anche guidare dei progetti miei.VC: Mi considero fortunata a lavorare nel campo della ricerca. Qui in IIT, ho l’opportunità di fare ricerca ad alto livello, dirigere studenti e progetti e imparare da PI di eccellente livello. Per il futuro, vorrei portare avanti la mia ricerca ed appportare il mio contributo in questo campo, guidando un team di persone giovani e motivate. Sto lavorando con impegno in questa direzione.
