Nanomateriali-Immagine: programma NANO4TALENT di CINBIO finanzierà cinque progetti post-dottorato che combinano nanomateriali e biomedicina. Crediti: Miguel Àngel Correa Duarte/CINBIO – Universidade de Vigo.
Biomedicina e nanomateriali sono due campi che tradizionalmente non hanno molto a che fare tra loro. Nella maggior parte delle Università, si trovano in dipartimenti completamente separati, con pochi punti di contatto. Tuttavia, più si guarda attentamente, più emergono opportunità di collaborazione tra queste discipline in rapida evoluzione.
“All’interfaccia tra queste due aree c’è un grande potenziale per scoprire l’inaspettato”, afferma Miguel Ángel Correa Duarte, Professore di nanotecnologia e Direttore del centro di ricerca CINBIO presso l’Università di Vigo.
Il CINBIO è dedicato alla biomedicina e ai nanomateriali, con ricercatori di entrambi i settori che lavorano sotto lo stesso tetto. Il centro, finanziato principalmente dal Fondo europeo di sviluppo regionale e da Horizon Europe, nonché dalla Xunta de Galicia, sta reclutando ricercatori post-dottorato per colmare il divario tra i due settori. “Abbiamo ottimi scienziati, riconosciuti nel loro campo“, afferma Correa Duarte. “Ora vogliamo mettere in contatto questi ricercatori per fare qualcosa di ancora migliore”.
Nuove frontiere nano
Correa Duarte guida un gruppo di ricerca che sviluppa nanomateriali e trova opportunità di applicazione in nuovi ambiti. “È un campo emergente, ma sono molto interessato a questo tipo di scienza“, afferma. “Posso applicare tecnologie e conoscenze da un campo all’altro, il che mi affascina”.
Alcuni dei nanomateriali che sta sviluppando, sfruttano la luce per innescare reazioni chimiche. Questi fotocatalizzatori possono essere combinati con la microfluidica per replicare le molteplici fasi della produzione chimica industriale. “Immaginate un pannello solare in grado di produrre le sostanze chimiche desiderate utilizzando solo acqua e aria”, afferma. “Se potessimo farlo in un solo pannello con diversi catalizzatori al suo interno e produrre una reazione complessa con fasi diverse, sarebbe molto interessante. Questo è ciò che stiamo cercando in questo momento“.
Un’applicazione interessante sarebbe l’utilizzo di nanomateriali per catalizzare reazioni che sintetizzano nuovi prodotti a partire da CO2 e altri materiali di scarto. Questo approccio di economia circolare sarà essenziale per la transizione dai combustibili fossili come materie prime chimiche. Correa Duarte è alla ricerca di casi d’uso validi per sviluppare prodotti di alto valore che siano economicamente vantaggiosi su larga scala.
“Abbiamo buoni risultati in laboratorio, ma il successo nell’industria dipende da quanto costa implementarla“, afferma. “Questa ricerca di base è molto importante per trovare nuove applicazioni, perché non esisterà una soluzione magica per tutti gli sprechi”.
Dalle reazioni chimiche alla somministrazione dei farmaci
Anche se il lavoro sui catalizzatori per l’industria chimica potrebbe sembrare molto lontano dalle applicazioni mediche, vi sono sorprendenti sovrapposizioni.
“La tecnologia di nanorivestimento che utilizziamo per i fotocatalizzatori può anche migliorare la somministrazione di nuovi antibiotici contro i batteri resistenti“, afferma Correa Duarte. Questo approccio, noto come incapsulamento elettrospray, crea particelle su scala nanometrica che proteggono le molecole del farmaco e possono essere ingegnerizzate per controllarne il rilascio.
Anche alcuni dei materiali progettati per la catalisi chimica possono essere riutilizzati per applicazioni mediche. “Lo stesso materiale che usiamo per produrre ammoniaca dall’azoto è anche in grado di uccidere i batteri in un rivestimento”, afferma Correa Duarte. Questo rivestimento migliora il contatto microbico e utilizza la luce visibile per produrre specie reattive dell’ossigeno che danneggiano le cellule batteriche.
Desideroso di incoraggiare ulteriori interazioni tra nanomateriali e biomedicina, CINBIO si è aggiudicato un finanziamento COFUND nell’ambito delle azioni Marie Skłodowska-Curie dell’UE per NANO4TALENT, un programma che ospiterà cinque progetti post-dottorato interdisciplinari. Ogni ricercatore dovrà presentare un progetto con supervisori di entrambe le aree. “Questa iniziativa fa parte della nostra strategia per interagire con altri gruppi e fare la migliore ricerca possibile“, afferma Correa Duarte.
Attraverso queste collaborazioni, il programma mira a sviluppare la carriera dei nuovi ricercatori a lungo termine, aggiunge. “Siamo interessati a persone con un alto potenziale per sviluppare un nuovo gruppo nel centro”.
Combinare nanotecnologie e biologia evolutiva
Un altro ricercatore del CINBIO che conosce l’importanza di collegare le competenze tra i vari campi è David Posada. Ha dedicato gran parte della sua carriera allo studio della biologia evolutiva, ma oggi, come Professore di genetica, applica le sue conoscenze alla comprensione del cancro. Sequenziando il DNA nelle singole cellule tumorali, può tracciare le linee evolutive dei tumori durante la loro crescita e mutazione.
“Sto applicando i miei strumenti di biologia evolutiva al cancro, in modo da poter costruire modelli matematici che stimino parametri come l’età del tumore o il tasso di adattamento“, afferma. “Quando si abbinano questi modelli ai cambiamenti nell’ambiente cellulare, come la chemioterapia, possiamo misurare come e perché vengono influenzati i diversi lignaggi. Quindi possiamo identificare i fattori scatenanti del cancro in modo personalizzato”.
Combinando il sequenziamento del DNA con lo studio dell’attività dei geni attraverso la produzione di RNA, Posada mira a ottenere informazioni molto più dettagliate sullo sviluppo del cancro. “La genomica dell’RNA a livello di singola cellula ha completamente rivoluzionato la biologia”, afferma. “Ora sappiamo che esistono rare sottopopolazioni di cellule di cui non avevamo idea. Come biologo, questo mi permetterà di analizzare il processo evolutivo al massimo livello di risoluzione nella cellula“.
Posada vuole utilizzare questa tecnica per capire come si adattano le cellule tumorali. Questa conoscenza potrebbe portare a nuovi modi per superare la resistenza ai trattamenti. “Questa è la grande ambizione”, afferma.
Attualmente sta collaborando con diversi partner europei per aiutare a identificare i pazienti a maggior rischio di metastasi tumorali. Il progetto utilizza la microfluidica per isolare le cellule tumorali circolanti e coltivarle per ulteriori studi.
Il team di Posada utilizza la propria competenza per studiare la genomica di questi microtumori. Nel frattempo, i ricercatori di nanotecnologie di Braga, in Portogallo, studiano i metaboliti delle cellule utilizzando nanoparticelle d’oro con spike. Queste nanostelle hanno proprietà ottiche altamente sensibili all’ambiente circostante. Inserendole nelle cellule, gli scienziati possono utilizzare la spettroscopia per identificare i metaboliti presenti. Ciò consente alla collaborazione di monitorare i cambiamenti nelle cellule tumorali, dai geni al comportamento.
Leggi anche:Malattie neurodegenerative: nanomateriali per nuovi trattamenti
Guardando al futuro, Posada vede un potenziale ancora maggiore per la nanotecnologia, che potrebbe dare impulso alla sua ricerca. Spera che i nuovi scienziati di NANO4TALENT portino un’ondata di collaborazione e progressi tecnologici. “Se i ricercatori che si occupano di nanotecnologie potessero costruire dispositivi per isolare determinate popolazioni cellulari, come le cellule tumorali circolanti, sarebbe fantastico”, afferma.
“Questo è un esempio molto specifico di ciò che vorrei, ma la parte più entusiasmante è che potrebbero trovare nuove idee che vanno oltre la mia immaginazione“.
Fonte:Nature