Il progetto finanziato dalla Commissione Europea
I dispositivi medici del futuro per analizzare e curare il cervello potrebbero essere basati su sonde luminose, ovvero tecnologie fotoniche in grado di manipolare la luce e la sua interazione con i materiali, così da intervenire in modo preciso sulle cellule malate senza l’utilizzo di metodi e strumenti invasivi, quali le biopsie. E’ l’obiettivo di NanoBright, il progetto europeo coordinato dall’IIT-Istituto Italiano di Tecnologia a Lecce, che coinvolge nanotecnologi, biologi tumorali ed esperti di disturbi neuronali in tre paesi dell’Unione, Italia, Francia e Spagna. Le patologie in esame, infatti, saranno i tumori del sistema nervoso centrale, i traumi cranici e l’epilessia.
Il progetto NanoBright (BRInGing nano-pHoTonics into the brain) è stato finanziato dalla Commissione Europea con circa 3,5 milioni di euro per i prossimi 4 anni, attraverso uno dei sistemi di finanziamento tecnologicamente più ambiziosi, il FET-Future and Emerging Technologies. Il consorzio comprende, oltre a due centri di ricerca di IIT, il Laboratoire Kastler Brossell dell’Université Pierre et Marie Curie a Parigi (Francia), l’Instituto Cajal del Consejo Superior de Investigaciones Científicas a Madrid (Spagna) e il Brain Metastasis Group del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas a Madrid (Spagna).
Il consorzio internazionale lavorerà su diversi aspetti scientifici e tecnologici: da una parte verranno sviluppate delle sonde nanometriche capaci di generare fasci luminosi orientabili e con caratteristiche fisiche tali da potere analizzare lo stato chimico e biologico delle cellule cerebrali; dall’altra saranno individuati dei metodi diagnostici e terapeutici basati sulla nuova tecnologia.
“Si tratta di un progetto altamente interdisciplinare, dove l’esperienza di IIT nel campo delle sonde ad alta tecnologia per il cervello viene complementata da neuroscienziati esperti di specifiche patologie”, spiega Ferruccio Pisanello, ricercatore al Centro per Nanotecnologie Biomolecolari di IIT a Lecce e coordinatore del progetto. “Nello spirito dello schema di finanziamento FET-Open, vogliamo esplorare nuovi scenari per migliorare la comprensione di patologie quali i tumori cerebrali e l’epilessia, e contestualmente porre le basi per una nuova generazione di dispositivi medici”.
La costruzione della sonda sarà realizzata tramite l’utilizzo di strutture metalliche di dimensioni nanometriche (note come strutture plasmoniche), che fungeranno da amplificatori del segnale luminoso. Il dispositivo potrà orientare la luce in modo preciso e generare un’interazione fisica con il gruppo di cellule da studiare così da leggerne le proprietà e, in un secondo momento, operare in modo terapeutico.
Per esempio, sarà possibile studiare lo stress ossidativo delle cellule nervose che insorge nei traumi cranici e nell’epilessia, così come le caratteristiche molecolari dei tumori nel sistema nervoso centrale, discriminandone la tipologia, ovvero se è più o meno invasivo, senza la necessità di ricorrere a biopsie. Inoltre, le stesse strutture potranno essere impiegate per variare localmente la temperatura e indurre, solo nel sito tumorale, un aumento della permeabilità della barriera ematoencefalica (che solitamente impedisce la somministrazione di farmaci nel cervello), permettendo il passaggio localizzato di farmaci chemioterapici.
A Lecce, al Centro per Nanotecnologie Biomolecolari di IIT, i ricercatori, sotto la supervisione di Ferruccio Pisanello, Cristian Ciracì e Massimo De Vittorio (coordinatore del Centro di IIT), contribuiranno al progetto con la loro esperienza nella realizzazione di interfacce ottiche e fotoniche con il tessuto nervoso centrale. Si concentreranno sullo sviluppo tecnologico dei dispositivi impiantabili, sia da un punto di vista progettuale, sia da un punto di vista realizzativo e di test preliminari.
A Genova, il gruppo di Nanoplasmonica dell’IIT, coordinato da Francesco De Angelis, metterà a disposizione l’esperienza nel campo delle interfacce plasmoniche con cellule nervose e nella misura e interpretazione dell’amplificazione ottica dei segnali, denominata SERS (segnale Raman amplificato da superfici). Si occuperà dell’ottimizzazione delle strutture plasmoniche per rilevare la natura dei tessuti tumorali.
A Parigi, il Laboratoire Kastler Brossell metterà a disposizione del consorzio la sua esperienza nello studio di sistemi ottici alla nano-scala, concentrandosi sulla caratterizzazione delle strutture plasmoniche, per ottenere le prestazioni ottimali delle nanostrutture.
A Madrid, i ricercatori dell’Instituto Cajal si concentreranno nell’impiego delle sonde sviluppate per l’analisi dello stress ossidativo delle cellule, sia nel caso di epilessia che di traumi cranici. Mentre Brain Metastasis Group del CNIO si occuperà dell’utilizzo delle sonde per la discriminazione tra diverse tipologie tumorali e per la generazione di calore al fine di aumentare la permeabilità della barriera ematoencefalica.
