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Sensori nanotech per la medicina del futuro

Intervista a Pier Paolo Pompa, responsabile del team Nanobiointeractions & Nanodiagnostics di IIT, sugli strumenti per la medicina personalizzata e predittiva

Entro il 2026, il mercato mondiale dei dispositivi medici per la diagnostica arriverà ad oltre 87 miliardi di dollari, con un tasso di crescita annuo del 4,5% durante il periodo di previsione. Il settore è in crescita anche in Italia: Confindustria, infatti, già nel 2018, contava 3.957 aziende sul territorio italiano attive nel campo della realizzazione di dispositivi medici, con oltre 75000 unità di personale impiegate. Tuttavia, l maggioranza delle nuove tecnologie in ambito di diagnostica portatile (point-of-care) è attualmente sviluppata in Asia orientale e USA (basti pensare ai test sierologici ed antigenici rapidi per Covid-19). In questo contesto, si sviluppano le attività del team di Nanobiointeractions & Nanodiagnostics di IIT guidato da Pier Paolo Pompa che si propone, con un approccio nanotecnologico, di sviluppare tecnologie diagnostiche efficaci, a basso costo e integrabili in diversi contesti, in modo da rilanciare il ruolo dell’Italia in questo settore. Questa linea di ricerca dell’Istituto è stata recentemente al centro di operazioni di trasferimento tecnologico finalizzate alla realizzazione di dispositivi innovativi che rappresenteranno importanti elementi della medicina personalizzata e predittiva. A tal proposito abbiamo intervistato Pier Paolo Pompa per comprendere meglio l’importanza del loro lavoro e le prospettive future di questo approccio alla medicina.

Quali tecnologie sviluppate nei vostri laboratori? E perché rappresentano un punto di partenza per una medicina sempre più personalizzata?

Grazie alle risorse di cui disponiamo in IIT, abbiamo imparato a manipolare e ingegnerizzare le proprietà plasmoniche e nano-enzimatiche delle nanoparticelle (soprattutto di metalli nobili) e ad integrarle con biomolecole funzionali, per cui oggi disponiamo di una serie di piattaforme diagnostiche per svariate applicazioni. La nostra missione è quella di offrire soluzioni a basso costo ma ad alto valore analitico, che consentano di misurare più parametri “anytime, anywhere”. Questa è la chiave per una medicina personalizzata, tempestiva e predittiva.

Che tipo di parametri riuscite a monitorare? Con quali tecnologie?

Attualmente disponiamo di diverse piattaforme, con applicazioni che spaziano dalla tracciabilità e sicurezza alimentare, al monitoraggio di contaminazioni ambientali, per esempio da metalli pesanti, al quality control di processi industriali, all’analisi di biomarcatori in fluidi non invasivi come la saliva. Sfruttiamo reazioni a temperatura ambiente o isoterme, nanomateriali plasmonici/catalitici, e sistemi di lettura molto sensibili ma estremamente semplificati, in modo da essere interpretati ad occhio nudo o mediante un semplice smartphone. Ad esempio, recentemente stiamo utilizzando dei sistemi di analisi colorimetrica basati su nanoparticelle di oro dette nanostars, ingegnerizzate in modo tale da rivelare basse concentrazioni di sostanze come glucosio, colesterolo e lattato nella saliva. Se le concentrazioni di questi biomarcatori eccedono la soglia fisiologica, l’utente è avvertito tramite un cambiamento di colore del sensore dal blu al rosso. Un’altra tecnologia è quella dei nano-enzimi artificiali, a base di platino, che sono alla base di sensori non invasivi per la determinazione dello stress ossidativo.

Quali vantaggi potrebbe portare alle persone l’implementazione di questi metodi di screening e prescreening?

Lo scopo della nostra ricerca è quello di tradurre queste tecnologie in test a basso costo e non invasivi, capaci di dosare biomarcatori di interesse clinico a partire da un campione di saliva, senza prelievi di sangue. Tali strumenti sono fondamentali per la diagnosi precoce o il monitoraggio di condizioni patologiche o pre-patologiche, in modo da prevenire futuri problemi di salute. Glucosio e colesterolo sono ben noti come indicatori: il loro dosaggio frequente, anche in soggetti sani, è uno strumento incredibilmente predittivo. Allo stesso modo, anche la carica di antiossidanti gioca un ruolo fondamentale sul lungo termine e tenerla sotto controllo può essere determinante per la nostra salute.

Quando saranno disponibili commercialmente? Quali le applicazioni concrete nel mondo clinico e nel campo dell’autodiagnosi casalinga?

Un serie di queste tecnologie sono già state portate sul mercato. Per esempio, iBlue è già un prodotto  commerciale venduto dalla start-up, nata da IIT, Hiq-Nano. Questo kit, acquistabile per circa 20 euro, offre la possibilità di misurare la propria carica di antiossidanti con un test semplice, rapido e non invasivo. D’altra parte, la recente collaborazione con l’azienda AICUBE s.r.l., che ha concluso con IIT un contratto di licenza di utilizzo per alcune nostre tecnologie brevettate, ha reso possibile lo sviluppo di un prototipo avanzato per l’analisi non invasiva della glicemia. Il progetto, seguito dal ricercatore Post Doc IIT Paolo Donati, prevede la realizzazione di uno spazzolino intelligente che durante il semplice rito di igiene dentale quotidiana sia in grado di prelevare un campione di saliva e fornire informazioni sulla concentrazione del glucosio salivare ed indirettamente sulla quantità di zuccheri nel sangue. I dati raccolti ogni giorno dal dispositivo saranno poi elaborati da un sistema di IA, sviluppato da AICUBE, che darà informazioni utili a prevenire malattie come il diabete o ad assistere nella cura i soggetti affetti da diabete di tipo 2. Inoltre in prospettiva lo spazzolino potrebbe implementare il monitoraggio di altri parametri quali il colesterolo, il livello di cortisolo, la concentrazione di antiossidanti e altro. Lo spazzolino intelligente, che potrebbe essere commercializzato da AICUBE nei prossimi due anni, rappresenterà un supporto per il lavoro del personale medico e consentirà un significativo miglioramento dello stile di vita e quindi dello stato generale di salute per gli utilizzatori. Siamo sempre molto entusiasti di vedere il nostro lavoro di laboratorio concretizzarsi e potenzialmente diventare uno strumento realmente utile alle persone, del resto è proprio per questo che nasce l’Istituto Italiano di Tecnologia.

Link al Paper: https://www.mdpi.com/2079-6374/11/11/443

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