Un gruppo di ricercatori del Center for Nano Science and Technology dell’Istituto Italiano di Tecnologia (CNST-IIT) di Milano, in collaborazione con il NanoBiomolecular group guidato da Claudia Tortiglione dell’Istituto di Scienze Applicate e Sistemi Intelligenti “E. Caianiello” del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Pozzuoli (ISASI-CNR) ha recentemente condotto una ricerca, pubblicato su Science Advances, che spiega come utilizzare nanoparticelle biocompatibili per aumentare la sensibilità alla luce dei tessuti biologici.
Gli esperimenti, che potrebbero avere numerose ricadute in campo medico per le potenziali applicazioni sulle connessioni interrotte in soggetti non vedenti o paralizzati, sono stati condotti su un’idra (Hydra vulgaris) , un piccolo organismo invertebrato e hanno dimostrato che è possibile variare la fotosensibilità di un tessuto biologico inserendo nanoparticelle polimeriche, biocompatibili e non tossiche.
L’idra, lunga pochi millimetri, vive nelle acque dolci di tutti i continenti ed ha un’anatomia molto semplice caratterizzata da un sistema nervoso costituito da una fitta rete di neuroni. Nonostante l’assenza di occhi e di un vero e proprio cervello, percepiscono la luce, alla quale rispondono anche a livello comportamentale con contrazioni spontanee.
“Siamo riusciti, senza modificare il genoma, a modulare il comportamento e l’espressione di geni della visione di questi organismi senza danneggiarli in alcun modo” racconta Guglielmo Lanzani coordinatore del centro IIT di Milano “Ciò è stato possibile grazie a nanoparticelle di politiofene (P3HT–NPs), un materiale utilizzato normalmente nei campi della fotonica e del fotovoltaico. Le nanoparticelle di P3HT, di dimensione variabili tra i 150 e i 300 nanometri (milionesimi di millimetro), dopo opportuni test di biocompatibilità e tossicità sono state incorporate nei tessuti di idra e, in seguito a stimolazione luminosa, ne hanno modulato il comportamento aumentando la frequenza di contrazioni spontanee. A livello cellulare, la stimolazione luminosa delle nanoparticelle ha causato un aumento dell’espressione di un gene della visione, l’opsina”.
Rispetto ad altri metodi più complessi ed invasivi che trasformano geneticamente le cellule specifiche, le nanoparticelle di P3HT aumentano la sensibilità alla luce dell’idra e tale proprietà potrebbe essere utilizzata in animali superiori per un controllo spaziale e temporale di funzioni cellulari vitali, aprendo nuovi percorsi di ricerca nell’ambito delle protesi “fotoniche” utili al ripristino di connessioni nervose danneggiate in seguito a paralisi traumatiche, da malformazioni e malattie degenerative o fornire nuovi approcci terapeutici per modulare funzioni neuronali, come nel caso dell’epilessia.
“Lo studio di questi semplici animali, trattati con le nanoparticelle da noi sintetizzate, ci consente di avvicinarci al controllo delle funzioni biologiche con la luce: mediante questa tecnica del tutto atossica e biocompatibile, potremmo ristabilire connessioni nervose perdute e, in prospettiva futura, trattare paralisi e cecità con un metodo non invasivo” spiega Lanzani. “Da sottolineare infine”, conclude Claudia Tortiglione, che guida il NanoBiomolecular group ISASI-CNR, “le enormi potenzialità dell’approccio comparativo che, a partire da un ’fossile vivente‘ privo di occhi e cervello, riesce a svelare funzioni e meccanismi con cui materiali fotovoltaici modulano la funzione animale e cellulare”.