Scoperta scientifica, nanocubi per identificare precocemente Alzheimer e Parkinson

Il metodo innovativo utilizza nanocristalli d’argento che, attivati con luce laser, consentono di individuare anche minime tracce molecolari di malattie neurodegenerative. Lo ha messo a punto un team, guidato dall’Ifac-Cnr di Firenze, e formato da ricercatori dell’Imm-Cnr di Catania, dell’Università di Modena e Reggio Emilia e dell’Università di Saratov (Russia)

Grazie a una tecnica innovativa è possibile identificare l’‘impronta digitale’ di proteine e biomarcatori quando sono ancora presenti in minime tracce, riuscendo così a effettuare una diagnosi precoce di malattie neurodegenerative, quali l’Alzheimer e il Parkinson. A metterla a punto, un team di ricercatori dell’Istituto di fisica applicata (Ifac-Cnr), in collaborazione con i colleghi dell’Istituto di microelettronica e microsistemi (Imm-Cnr), del Dipartimento di chimica e scienze geologiche dell’Università di Modena e Reggio Emilia e dell’Università statale di Saratov (Russia).

La ricerca è stata pubblicata su Acs Nano e ha visto tra i protagonisti la docente Unimore prof.ssa Maria Cristina Menziani, Professore Ordinario presso il Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche, la cui attività di ricerca è principalmente rivolta allo sviluppo di strategie computazionali, allo studio di proprietà strutturali e spettroscopiche di bio-materiali, materiali nanostrutturati e loro interazione con fluidi biologici, nonché al riconoscimento molecolare proteina-proteina e farmaco-proteina.

“La metodologia si basa sull’attivazione laser di nanocristalli (cristalli che hanno dimensioni dell'ordine del nanometro, unità di misura equivalente a un miliardesimo di metro) d’argento a forma di cubo; attivazione che consente di identificare molecole precursori della malattia presenti nei fluidi biologici (sangue, urina, fluido cerebrospinale)”, spiega Paolo Matteini dell’Ifac-Cnr, primo autore del lavoro e coordinatore del team. “L’irraggiamento laser ‘accende’ infatti i nanocristalli producendo un intenso campo elettrico che amplifica di circa un milione di volte il segnale delle molecole aderenti alla superficie dei nanocristalli stessi. Il segnale così rivelato fornisce informazioni uniche su composizione e struttura della biomolecola, che viene riconosciuta anche in minime tracce”.  

“Mediante un nuovo microscopio elettronico a scansione, installato presso i laboratori di Catania, è stato possibile analizzare la struttura cristallina dei vertici del nanocubo, rivelandone una disposizione ‘a gradini’, che intercetta efficacemente le biomolecole in soluzione”, aggiunge Giuseppe Nicotra, ricercatore dell’Imm-Cnr. 

Gli esperimenti condotti finora hanno dimostrato la validità di questo approccio. “La metodica consente di sviluppare test diagnostici per il riconoscimento precoce di biomarcatori di patologie neurodegenerative”, conclude Roberto Pini, direttore dell’Ifac-Cnr. “La strada è però ancora lunga: sarà infatti necessaria un’accurata fase di test preliminari per classificare la complessità dell’impronta ottica dei vari biomarcatori prima che questa tecnica risulti affidabile per l’uso clinico”. 

Il contributo del gruppo di ricerca Unimore a questo studio è consistita nell’elaborazione di modelli per la simulazione al computer del sistema nanocubo in interazione con la proteina responsabile del segnale. Dallo studio computazionale si ottengono informazioni a dettaglio atomico degli aminoacidi che interagiscono con le diverse zone del nanocubo (facce, spigoli, angoli). Queste informazioni sono determinanti per l’interpretazione dell’ “impronta digitale” della proteina rilevata dall’attivazione laser del nanocristallo. Inoltre le simulazioni al computer permettono anche di progettare rivestimenti polimerici del nanocubo che indirizzino le proteine verso gli spigoli del nanocubo, le zone in cui il segnale viene maggiormente amplificato e quindi più interessanti dal punto di vista diagnostico.

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