Gli sviluppi della nanomedicina riservano potenziali progressi e applicazioni che potrebbero migliorare la nostra capacità di diagnosticare malattie e anche di curarle. Quali sono i vantaggi e le potenzialità?
Ne parliamo con il Prof Maurizio Prato, ordinario di chimica organica dell’Università degli Studi di Trieste, Accademico dei Lincei, Research Professor presso il CIC biomaGUNE e autore di un interessante articolo recentemente pubblicato dalla prestigiosa rivista scientifica Nature Communications.
Come è arrivato a studiare i carbon nanodots?
Per gran parte della mia carriera scientifica ho studiato materiali a base di carbonio. Nel corso dei miei studi ho sviluppato interesse per le nanoparticelle di carbonio, anche definite carbon nanodots, che in maniera non ancora completamente chiara sono anche luminescenti.
I carbon nanodots si creano da piccole molecole come amminoacidi e zuccheri ma in realtà qualsiasi sostanza organica di partenza va bene, dopo trattamento a circa 200 gradi centigradi per alcuni minuti. Il vantaggio di questa procedura è che non è necessario partire da sostanze pure, ovvero si possono utilizzare sostanze di scarto degli alimenti come le bucce di banana o le foglie delle palme. Quindi si tratterebbe di una produzione fattibile su larga scala e molto ecologica.
Inoltre, i carbon nanodots sono molto stabili a temperatura ambiente e anche la luminescenza si mantiene intatta per molto tempo.
Come si crea la luminescenza dei carbon nanodots?
Non è ancora spiegato, ci sono diverse ipotesi. Ad esempio, si pensa che nel corso della reazione di combustione i composti organici subiscano delle reazioni di condensazione formando nuclei aromatici che emettono. Un’altra ipotesi è che siano fenomeni di superficie della molecola, controllati da alcuni gruppi funzionali. Sarà interessante approfondire nel prossimo futuro.
Questa ricerca è stata condotta interamente nei vostri laboratori?
Essendo piuttosto complessa ha richiesto un approccio multidisciplinare. Abbiamo collaborato con Heinz Amenitsch di Elettra Sincrotone Trieste che ha applicato una tecnica SAXS (small angle x-ray spectroscopy) che consente di studiare le dimensioni delle particelle anche molto piccole e ci ha aiutato, insieme alle altre tecniche, di comprendere come i carbon nanodots si formano nel tempo. Una parte del lavoro è stata svolta in Spagna, presso il CIC biomaGUNE, un centro di ricerca internazionale dove svolgo una parte importante delle mie attività di ricerca.
Quali sono le applicazioni in campo biomedico?
Il fatto che i carbon nanodots siano luminescenti apre molteplici impieghi. Ad esempio la possibilità di seguire le particelle una volta iniettate nel corpo umano e quindi poterle utilizzare nel campo della diagnostica per immagini. L’imaging biomedico è infatti il campo di applicazione più promettente: attraverso la modifica strutturale dei carbon nanodots, essi possono essere usati per sviluppare agenti di contrasto per la risonanza magnetica.
Mi preme chiarire che sono già stati fatti alcuni studi sugli animali riguardanti la sicurezza, che dimostrano che queste particelle sono innocue e quindi possono essere iniettate, tuttavia sarà senz’altro necessario eseguire ulteriori accertamenti per poterle poi impiegare sui pazienti.
Un’altra applicazione molto interessante è il trasporto mirato di farmaci. I carbon nanodots potrebbero essere modificati per poterli veicolare verso un particolare organo e potrebbero trasportare un farmaco verso un tessuto o cellula tumorale e il percorso potrebbe essere monitorato grazie alla luminescenza emessa dalle nano particelle.
Un altro vantaggio dei carbon nanodots è la loro solubilità in acqua. Questo consente di poter trasportare farmaci che non sono solubili in acqua e di renderli quindi più biodisponibili.
Stiamo studiando anche una applicazione dei carbon nanodots per la veicolazione di farmaci attraverso la barriera emato-encefalica, per poter trasportare farmaci direttamente nel cervello e poter trattare malattie del sistema nervoso centrale (Science4life ha recentemente pubblicato un articolo su questo argomento).
Ci possono essere altre applicazioni?
I carbon nanodots potrebbero essere utilizzati anche per convertire l’anidride carbonica in composti più utili come metano o metanolo. Sarebbe un passo molto grande per procedere verso una chimica più sostenibile, utilizzando le nano particelle luminescenti per trasformazioni catalizzate dalla luce.
Altre applicazioni in campo biomedico e nel campo dell’energia saranno senz’altro esplorate nel prossimo futuro e mi auguro che i giovani ricercatori si appassionino a questo campo che ha enormi potenzialità ma presenta anche tante sfide che possono essere superate con la preparazione e un approccio multidisciplinare.
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