Nano contro il Corona?

Le strutture nanometriche sono troppo piccole per essere viste? – Oggi è possibile grazie a microscopi speciali: sistemi di microscopia basati sull'illuminazione strutturata (N-SIM, Nikon), risoluzione fino alla soglia dei nanometri inferiori grazie alla ricostruzione ottica stocastica (N-Storm, Nikon), microscopio di ricerca progettato in modo particolarmente ergonomico, microscopio di ricerca inverso come base per le tecniche di super-risoluzione (N-Dtorm N-SIM). (Immagine: Nikon)

Le strutture di dimensioni nanometriche sono troppo piccole per essere viste? – Con microscopi speciali oggi è possibile: sistemi di microscopia basati sull'illuminazione strutturata (N-SIM, Nikon), risoluzione fino alla fascia inferiore dei nanometri grazie alla ricostruzione ottica stocastica (N-Storm, Nikon), microscopio di ricerca progettato in modo particolarmente ergonomico, microscopio di ricerca inverso come base per le tecniche di super-risoluzione (N-Dtorm N-SIM). (Immagine: Nikon)

Le strutture di dimensioni nanometriche sono troppo piccole per essere viste? – Con microscopi speciali oggi è possibile: sistemi di microscopia basati sull'illuminazione strutturata (N-SIM, Nikon), risoluzione fino alla soglia dei nanometri inferiori grazie alla ricostruzione ottica stocastica (N-Storm, Nikon), microscopio di ricerca progettato in modo particolarmente ergonomico, microscopio di ricerca inverso come base per le tecniche di super-risoluzione (N-Dtorm N-SIM). (Immagine: Nikon)

Le strutture di dimensioni nanometriche sono troppo piccole per essere viste? – Con microscopi speciali oggi è possibile: sistemi di microscopia basati sull'illuminazione strutturata (N-SIM, Nikon), risoluzione fino alla fascia inferiore dei nanometri grazie alla ricostruzione ottica stocastica (N-Storm, Nikon), microscopio di ricerca progettato in modo particolarmente ergonomico, microscopio di ricerca inverso come base per le tecniche di super-risoluzione (N-Dtorm N-SIM). (Immagine: Nikon)

Oxido di ferro conosciamo come ruggine, che cerchiamo di evitare. Tuttavia, Nano-ossido di ferro è un potente mezzo di contrasto per le procedure di imaging medico. Il Nano-Graphene offre tra l'altro la base per nuovi rivelatori a infrarossi lontani – e infine: i vaccini a base di nanoparticelle potrebbero rendere innocuo il nuovo virus Sars-CoV-2.

I vaccini vivi presentano un rischio per la sicurezza, poiché possono tornare allo stato virulento. I vaccini inattivati sono relativamente meno potenti e si rivelano più complessi da produrre. Per entrambi i punti deboli dei vaccini convenzionali, la nanobiotecnologia offre soluzioni innovative.

In forma e dimensioni, le nanoparticelle impiegate assomigliano a un virus e sono quindi particolarmente ben avvolte dalle cellule presentanti gli antigeni. Queste a loro volta attivano la risposta immunitaria desiderata. Una caratteristica di molti vaccini a nanoparticelle: gli epitopi, cioè i frammenti molecolari che scatenano la risposta immunitaria di un antigene, si ripetono (epitopi ripetitivi) – ottimo per la loro riconoscibilità.

I vaccini a nanoparticelle non sono del tutto nuovi. Già nel 1986 è stato approvato uno per l'epatite B. Oggi ci sono diverse possibilità. Per esempio, le particelle di dimensioni tra 1 e 1000 nanometri possono servire come materiali vettore, come nel caso del vaccino contro l'epatite B.

Uno dei concetti più promettenti, tuttavia, viene realizzato dall'azienda di Riehen Alpha-O Peptides nei suoi nanoparticelle proteiche autoaggreganti. In questo modo, le proteine impiegate si uniscono grazie a interazioni idrofobiche e ioniche formando nanoparticelle proteiche. Si formano strutture primarie di α-eliche, che attraverso un forte intreccio assumono strutture «superspiralizzate». È stato possibile sviluppare su questa base una piattaforma di nanoparticelle per vaccini, una sorta di struttura di base con una certa simmetria e dimensione (più precisamente: simmetria icosaedrica-dodecaedrica, dimensione della particella: 16–25 nm, come un capsidio virale). Questa struttura di base può essere adattata per combattere diversi virus (ad esempio, scegliendo gli epitopi).

Alpha-O Peptides ha già un vaccino contro la malaria in fase di sviluppo (stato: sperimentazione clinica sull'uomo, fase I/IIa negli Stati Uniti) e ha ora sviluppato un altro contro il virus Sars-CoV-2. Attualmente viene testato negli esperimenti sugli animali per verificare se stimola effettivamente il corpo a produrre anticorpi e se questi possono rendere innocuo il virus.

Vaccino a due componenti in modo più confortevole

Un altro vaccino innovativo, già testato sugli scimpanzé, si basa su cosiddette RNA replicon (repRNA). Vantaggio: stimola molto efficacemente la produzione di anticorpi senza dover entrare nel nucleo cellulare. Svantaggio: fuori dalle cellule, la repRNA viene rapidamente degradata dagli enzimi.

Questo svantaggio può ora essere compensato imballando il principio attivo per il trasporto alle cellule in nanoparticelle protettive speciali, chiamate «Lipid InOrganic Nanoparticles» (Lions). Se il cosiddetto HDT-301 si dimostrasse efficace negli studi clinici, si avrebbe un vaccino a due componenti; questi potrebbero essere prodotti separatamente in modo comodo e combinati al letto del paziente – pronti per l'iniezione.

Nanoparticelle di ossido di ferro per imaging combinato MRT/CT

Un'altra applicazione medica della nanotecnologia riguarda l'imaging con risonanza magnetica (RM). Si sfrutta il fatto che i tempi di rilassamento dei nuclei di idrogeno eccitati variano a seconda del tessuto, creando così un «contrasto». L'arricchimento selettivo di nanoparticelle di ossido di ferro permette di controllare finemente questo effetto per un'immagine più nitida. Queste nanoparticelle modificano il rilassamento dei nuclei di idrogeno stimolati nel loro ambiente.

Numerose idee vanno oltre. Per esempio, le nanoparticelle di ossido di ferro possono essere incorporate in nanoparticelle polimeriche. In forma di nanoparticelle core/shell «Fe3O4@MAOETIB» di produzione su larga scala, possono essere utilizzate sia per la risonanza magnetica che per la tomografia computerizzata (TC). Come mezzi di contrasto doppi per esami combinati TC/RM, hanno un grande potenziale per semplificare la visualizzazione dei tumori.

Nel campo dell'analisi a infrarossi, le strutture di grafene offrono un nuovo approccio per migliorare i rivelatori. Si tratta di rivelatori a infrarossi lontani con nanobande di grafene come elemento fotosensibile, insieme a fosforo nero e arsenico. Ricercatori del laboratorio di materiali 2D e nanotecnologie di Mosca vedono la possibilità di sostituire tutti i rivelatori a infrarossi lontani e a terahertz con questi dispositivi – una competizione interessante. Gli infrarossi trovano applicazione in settori diversi come visione notturna, telecomandi, sistemi di puntamento e sensori di battito cardiaco, ma anche – come alternativa ai raggi X – nei scanner per bagagli.

Sintesi di massa di nanostick complessi

Per prevedere le proprietà ottiche, catalitiche o magnetiche di nanoparticelle anche complesse, oggi si utilizza spesso l'intelligenza artificiale. Questo metodo ha così successo che spesso il collo di bottiglia non è più il design di nuovi materiali, ma la produzione di massa di numerosi candidati validi, ideati dal computer. Con strumenti di laboratorio standard, ora è possibile produrre facilmente e rapidamente fino a 65.000 nanostick con diverse combinazioni di materiali di solfuro di metallo; pochi anni fa ci sarebbe voluto mesi o anni.

Così, alla fiera Ilmac di Basilea, si potrà toccare con mano una nanochemia estremamente diversificata, che potrebbe evolversi molto più dinamicamente di quanto si potesse immaginare fino a poco tempo fa.