Nanoparticelle bioispirate per la diagnosi e il trattamento del cancro
Il cancro costituisce tuttora una delle principali sfide sanitarie a livello globale, il che determina un bisogno costante di strumenti diagnostici e terapeutici più precisi, adattabili e sostenibili. La produzione convenzionale di nanoparticelle può avvalersi di sostanze chimiche aggressive e processi ad alto consumo energetico; al contempo, la trasposizione dei nanomateriali in applicazioni mediche richiede un attento controllo delle loro dimensioni, composizione e comportamento biologico.
Imparare dalla natura
I batteri magnetotattici(si apre in una nuova finestra) producono cristalli magnetici altamente uniformi, chiamati magnetosomi, in condizioni biologiche moderate; proteine specializzate ne controllano la composizione, le dimensioni e la forma, fornendo un esempio di formazione minerale precisa senza le condizioni estreme spesso associate alla sintesi convenzionale. Sostenuto dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra), il progetto ProteNano-MAG si è proposto di approfondire il modo in cui i batteri magnetotattici producono naturalmente nanoparticelle magnetiche e di verificare se queste possano essere utilizzate al fine di seguire un percorso più ecologico verso la diagnostica per immagini dei tumori e la terapia oncologica. «La natura ci dimostra che la produzione di nanomateriali altamente sofisticati non richiede necessariamente processi chimici aggressivi o condizioni estreme», spiega Lourdes Marcano, la borsista di ricerca che ora riveste il ruolo di docente assistente presso l’Università di Oviedo. Anziché utilizzare direttamente i batteri come impianti di produzione, ProteNano-MAG ha adattato alcuni elementi del loro meccanismo associato alla formazione dei magnetosomi. I ricercatori hanno progettato delle proteine(si apre in una nuova finestra) contenenti siti in grado di coordinare il ferro e guidare la formazione delle nanoparticelle, secondo un approccio che ha consentito di effettuare la sintesi controllata di nanoibridi a base di ferro in condizioni più blande, dimostrando il potenziale insito nelle proteine ingegnerizzate in qualità di modelli regolabili per i materiali magnetici.
Dalle nanoparticelle magnetiche alla teranostica oncologica
Uno degli obiettivi di lunga data della nanomedicina è la creazione di nanostrutture riproducibili le cui proprietà possano essere progettate per una particolare applicazione: i materiali risultanti sono stati studiati per applicazioni che combinano diagnosi e trattamento, note come teranostica. ProteNano-MAG si è concentrato su piccoli nanoibridi di ossido di ferro/proteina, comprese strutture di circa 5 nm, potenzialmente utilizzabili nella risonanza magnetica per immagini e nella terapia antitumorale. Le nanoparticelle magnetiche possono generare calore quando vengono esposte a un campo magnetico alternato, una proprietà che può essere sfruttata nell’ipertermia magnetica per danneggiare le cellule tumorali. Oltre che nel lavoro principale svolto nell’ambito di ProteNano-MAG, Marcano è stata coinvolta anche in studi tesi ad esaminare le modalità attraverso cui la morfologia delle nanoparticelle e le proprietà magnetiche influenzano la generazione di calore in presenza di campi magnetici alternati, con potenziale rilevanza per le prestazioni terapeutiche. «Disporre di materiali modulari di cui sia possibile regolare le dimensioni, le proprietà magnetiche, gli elementi di bersagliamento o la funzionalità terapeutica potrebbe, a lungo termine, consentirci di progettare piattaforme adattate a particolari esigenze cliniche», afferma Marcano. Gli studi collaborativi sui batteri magnetotattici hanno inoltre fornito nuove intuizioni sul rapporto(si apre in una nuova finestra) esistente tra morfologia delle nanoparticelle, anisotropia magnetica ed efficienza di riscaldamento.
Verso una nanomedicina sostenibile
Il progetto ProteNano-MAG ha dimostrato la fattibilità dell’utilizzo di proteine ingegnerizzate per favorire una sintesi più ecologica delle nanoparticelle magnetiche. La combinazione di funzioni immaginografiche e terapeutiche potrebbe, in ultima analisi, favorire lo sviluppo di strategie di trattamento più mirate, sebbene siano ancora necessarie ricerche approfondite e una convalida prima che tali applicazioni possano inserirsi nel contesto clinico. I prossimi passi includono il miglioramento della riproducibilità e della scalabilità, mentre i ricercatori condurranno inoltre studi più approfonditi su stabilità, biocompatibilità, tossicità, biodistribuzione e prestazioni terapeutiche. L’approccio bioispirato del progetto si allinea inoltre agli sforzi di più ampio respiro volti a ridurre l’impatto ambientale della produzione di materiali avanzati. Traducendo i principi osservati in natura in sistemi sintetici controllabili, ProteNano-MAG dimostra come la nanotecnologia, l’ingegneria proteica e la biomedicina possano convergere al fine di esplorare percorsi più sostenibili verso le future tecnologie oncologiche.
