Sensori impiantabili, invisibili come tatuaggi, monitorano vari biomarcatori o farmaci nel corpo

L’idea di sensori impiantabili nel corpo che dal punto di vista medico forniscono continuamente rilevanti informazioni sui segni vitali o sulle concentrazioni di sostanze e farmaci, per molto tempo ha affascinato medici e scienziati: è possibile in questo modo monitorare costantemente il decorso della malattia e il successo della terapia. Tali sensori tuttavia non possono ancora rimanere nel corpo in modo permanente, ma devono essere sostituiti al più tardi dopo alcuni giorni o settimane. Il corpo da un lato riconosce l’impianto come estraneo e lo rifiuta, dall’altro, il colore che funge da indicatore dei cambiamenti nella concentrazione di una certa sostanza, svanisce nel tempo.
Il gruppo di ricerca dell’Università Johannes Gutenberg di Mainz (JGU) diretto da Carsten Sönnichsen, ha sviluppato un nuovo tipo di sensore impiantabile che può essere utilizzato nel corpo per diversi mesi, grazie a nanoparticelle d’oro stabili al colore che sono dotate di recettori per determinate molecole. Incorporato in una sorta di tessuto artificiale fatto di polimeri, il cosiddetto “nanogold” è impiantato sotto la pelle, dove modifica il colore in risposta ai cambiamenti nella concentrazione di un farmaco.

L’impianto trasmette le informazioni attraverso la pelle come un “tatuaggio invisibile”
Carsten Sönnichsen con il suo gruppo di lavoro utilizza da anni singole nanoparticelle d’oro come sensori per rilevare le più piccole quantità di proteine nelle celle a flusso microscopiche. Le nanoparticelle d’oro agiscono come antenne per la luce: la disperdono e la assorbono e sono quindi colorate. Reagiscono nel loro ambiente con cambiamenti di colore. Il team di ricerca di Carsten Sönnichsen ha utilizzato questo concetto per i sensori impiantati.
I ricercatori le hanno incorporate in idrogel poroso con una consistenza simile a un tessuto in modo che le minuscole nanoparticelle non si limitino a nuotare nel corpo o essere trasportate via dalle cellule immunitarie. Impiantati sotto la pelle, piccoli vasi sanguigni e cellule crescono nei pori. L’impianto è integrato nel tessuto, impedendo all’organismo di rigettare corpi estranei.
Carsten Sönnichsen ha detto:
«Potete immaginare il nostro sensore come un tatuaggio invisibile, non molto più grande di un centesimo e più sottile di un millimetro. Poiché le nanoparticelle d’oro sono infrarosse, i nostri occhi non possono percepire il colore, ma con uno speciale misuratore, l’impianto attraverso la pelle può essere reso visibile in modo non invasivo».
Il team di ricerca dell’Università Johannes Gutenberg di Mainz (JGU) nello studio pubblicato nella rivista Nano Letters, ha osservato in ratti senza pelo il cambiamento di colore del sensore dopo la somministrazione di diverse dosi di un antibiotico. Le molecole del farmaco vengono trasportate all’impianto attraverso il flusso sanguigno. Lì inducono il cambiamento di colore non appena sono legate da specifici recettori sulla superficie delle nanoparticelle d’oro. La combinazione delle particelle d’oro stabili nel colore con idrogel incarnato significa che il sensore rimane meccanicamente e otticamente stabile nel corpo per diversi mesi.

Le nanoparticelle d’oro in medicina hanno un grande potenziale come sensori impiantabili di lunga durata
Katharina Käfer, prima autrice dello studio ha detto:
«Siamo abituati a oggetti colorati che sbiadiscono nel tempo, questo non accade con le nanoparticelle d’oro, mantengono il loro colore in modo permanente. Poiché possono essere rivestite in modo relativamente facile con diversi recettori, sono molto adatte come piattaforma per sensori impiantabili».
Il nuovo concetto può essere generalizzato e ha il potenziale per estendere in modo significativo la durata di servizio dei sensori impiantabili; in futuro, gli impianti a base di nanoparticelle d’oro potrebbero essere utilizzati nel corpo per monitorare contemporaneamente le concentrazioni di vari biomarcatori o farmaci. È concepibile l’uso nello sviluppo di farmaci, nella ricerca medica o nella medicina personalizzata, ad esempio per il trattamento di malattie croniche.

Il lavoro di squadra interdisciplinare ha portato al successo
Carsten Sönnichsen nel 2004 ha avuto l’idea di utilizzare nanoparticelle d’oro come sensori impiantabili, poco prima di iniziare come professore di chimica biofisica all’Università Johannes Gutenberg di Mainz (JGU). Il progetto è andato avanti per dieci anni grazie alla collaborazione di Thies Schroeder e Katharina Käfer, entrambe assistenti di ricerca presso l’Università Johannes Gutenberg di Mainz (JGU).
Thies Schroeder ha portato con sé l’esperienza negli esperimenti biologici e sugli animali dal suo lavoro di ricerca a lungo termine negli Stati Uniti. Katharina Käfer, a quel tempo era alla ricerca di un argomento interessante per il suo dottorato e non fu scoraggiata dal complesso progetto interdisciplinare.
È stato possibile con i primi risultati ottenere per Katharina Käfer una borsa di studio dal Max Planck Graduate Center e un finanziamento per la ricerca dalla Fondazione per l’innovazione della Renania-Palatinato.

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Pino Silvestri, blogger per diletto, fondatore, autore di Virtualblognews, presente su Facebook e Twitter.
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