Pubblicato su Science Advances lo studio dei ricercatori di Istituto Italiano di Tecnologia e Consiglio Nazionale delle Ricerche che spiega come aumentare la sensibilità alla luce dei tessuti biologici utilizzando nanoparticelle biocompatibili. Numerose le potenziali applicazioni in campo medico per le connessioni interrotte in soggetti non vedenti o paralizzati
I ricercatori del Center for Nano Science and Technology dell’Istituto Italiano di Tecnologia (CNST-IIT) di Milano, in collaborazione con il NanoBiomolecular group guidato da Claudia Tortiglione dell’Istituto di Scienze Applicate e Sistemi Intelligenti “E. Caianiello” del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Pozzuoli (ISASI-CNR), hanno recentemente pubblicato su Science Advances uno studio che spiega come aumentare la sensibilità alla luce di un tessuto biologico. Gli esperimenti, condotti su un organismo modello invertebrato, dimostrano che con l’aggiunta di nanoparticelle polimeriche, biocompatibili e non tossiche, è possibile variare la fotosensibilità di un tessuto biologico. Numerose le potenziali applicazioni in campo biomedico con importanti ricadute per soggetti non vedenti o paralizzati.
L’idra (Hydra vulgaris) è un piccolo invertebrato che in natura vive nelle acque dolci di tutti i continenti. È lungo pochi millimetri e presenta un’anatomia molto semplice, inoltre è immortale ed è caratterizzato da un sistema nervoso costituito da una fitta rete di neuroni. Questi animali, nonostante l’assenza di occhi e di un vero e proprio cervello, percepiscono la luce, alla quale rispondono anche a livello comportamentale con contrazioni spontanee).
“Siamo riusciti, senza modificare il genoma, a modulare il comportamento e l’espressione di geni della visione di questi organismi senza danneggiarli in alcun modo” racconta Guglielmo Lanzani coordinatore del centro IIT di Milano, e continua: “Ciò è stato possibile grazie a nanoparticelle di politiofene (P3HT–NPs), un materiale utilizzato normalmente nei campi della fotonica e del fotovoltaico. Le nanoparticelle di P3HT, di dimensione variabili tra i 150 e i 300 nanometri (milionesimi di millimetro), dopo opportuni test di biocompatibilità e tossicità sono state incorporate nei tessuti di idra e, in seguito a stimolazione luminosa, ne hanno modulato il comportamento aumentando la frequenza di contrazioni spontanee. A livello cellulare, la stimolazione luminosa delle nanoparticelle ha causato un aumento dell’espressione di un gene della visione, l’opsina”.
Esistono altre metodiche che possono condurre a risultati simili attraverso l’utilizzo di metodi più complessi ed invasivi quali le tecniche optogenetiche che prevedono la trasformazione genetica per introdurre in cellule specifiche la capacità di rispondere alla luce per la modulazione di funzioni cellulari. Le nanoparticelle di P3HT, però, aumentano la sensibilità alla luce dell’idra e tale proprietà potrebbe essere utilizzata in animali superiori per un controllo spaziale e temporale di funzioni cellulari vitali.
I risultati ottenuti dal team interdisciplinare aprono nuove strade per la ricerca nell’ambito delle protesi “fotoniche” che, utilizzando la luce, potrebbero ripristinare connessioni nervose danneggiate in seguito a paralisi traumatiche, da malformazioni e malattie degenerative o fornire nuovi approcci terapeutici per modulare funzioni neuronali, come nel caso dell’epilessia.
“Lo studio di questi semplici animali, trattati con le nanoparticelle da noi sintetizzate, ci consente di avvicinarci al controllo delle funzioni biologiche con la luce: mediante questa tecnica del tutto atossica e biocompatibile, potremmo ristabilire connessioni nervose perdute e, in prospettiva futura, trattare paralisi e cecità con un metodo non invasivo” spiega Lanzani. “Da sottolineare infine”, conclude Claudia Tortiglione, che guida il NanoBiomolecular group ISASI-CNR, “le enormi potenzialità dell’approccio comparativo che, a partire da un ’fossile vivente‘ privo di occhi e cervello, riesce a svelare funzioni e meccanismi con cui materiali fotovoltaici modulano la funzione animale e cellulare”.
Per approfondimenti:
Maria Rosa Antognazza, Angela Tino, Caterina Bossio, Valentina Marchesano, Antonella Bauduin, Mattia Zangoli, Susana Vaquero Morata, Guglielmo Lanzani – Semiconducting polymers are light nanotransducers in eyeless animals – Science Advances 25 january 2017
