Cancro, malattie cardiache e neurologiche, diabete ed effetti dei trattamenti farmacologici richiedono tecnologie diagnostiche sempre più orientate alla medicina di precisione, capaci di rilevare direttamente all’interno del corpo del paziente l’insorgenza di patologie ma soprattutto i meccanismi con cui le patologie stesse si difendono dagli approcci terapeutici utilizzati, con lo scopo di fornire informazioni chiave per l’identificazione di cure più efficaci, mirate e personalizzate rispetto a ciascun individuo.
Queste esigenze impongono agli ingegneri elettronici e biomedici lo sviluppo di sensori biologici (i cosiddetti “biosensori”) miniaturizzati, integrabili all’interno di aghi, cateteri medicali e nano-endoscopi, in grado di effettuare biopsie liquide ‘in vivo’, utili ai fini di diagnosi precoci e per il monitoraggio in tempo reale degli effetti terapeutici.
In questo contesto, i dispositivi in fibra ottica, se opportunamente integrati con le moderne nanotecnologie, rappresentano una soluzione concreta a tali esigenze, vista la loro biocompatibilità e la naturale attitudine a essere integrate in aghi e cateteri per rilevare agenti patogeni e molecole bersaglio direttamente all’interno del paziente, con approcci minimamente invasivi.
Fortunatamente, la ricerca scientifica continua a fare progressi sempre più sorprendenti in questo campo, infatti uno studio recentissimo dei ricercatori del gruppo di Optoelettronica e Fotonica dell’Università degli Studi del Sannio, in collaborazione con il Centro Regionale di Competenza sulle Information and Communication Technologies (CeRICT), il CNR di Napoli, l’Università del Molise e l’Università di Napoli ‘Federico II’, ha dimostrato la possibilità di sviluppare nuovi nanosensori fotonici in grado di rilevare, con elevata sensibilità e accuratezza, concentrazioni estremamente basse di target biologici.
Come caso studio, è stata presa in considerazione la 25-idrossivitamina D3, la forma circolante preponderante della Vitamina D, una molecola bersaglio il cui dosaggio richiede l’utilizzo di tecniche di rilevamento estremamente sensibili a causa delle sue ridotte dimensioni (basso peso molecolare).
Il connubio tra nanotecnologie e fibra ottica ha consentito ai ricercatori di Unisannio di fornire una risposta tecnologica adeguata alle richieste della comunità clinica e medica, riuscendo a trasformare una semplice fibra ottica normalmente utilizzate per telecomunicazioni in uno strumento diagnostico per biopsia liquida, integrabile in aghi e cateteri medicali, utile ai fini della medicina di precisione. Il biosensore fotonico sviluppato è basato sull’integrazione di apposite strutture metalliche di dimensioni nanometriche (chiamate metasuperfici) sulla punta di una fibra ottica opportunamente biofunzionalizzate in grado di effettuare il dosaggio di biomolecole target (biomarcatori) in maniera altamente sensibile e specifica a concentrazioni estremamente basse.
Si tratta di risultati estremamente incoraggianti, che rappresentano un significativo passo in avanti verso l’integrazione dei biosensori in fibra ottica in tool avanzati di biopsia liquida per applicazioni di diagnostica molecolare ‘in vivo’.
Il biosensore sviluppato potrà anche costituire la base tecnologica per dispositivi di tipo Point-of-Care a basso costo, in grado effettuare screening di massa su fluidi biologici più semplici (urina, saliva, etc..) in maniera veloce ed estremamente affidabile.
Lo studio, pubblicato nella prestigiosa rivista “Biosensors and Bioelectronics”, è stato guidato dai Proff. Andrea Cusano e Marco Consales del Dipartimento di Ingegneria dell’Università degli Studi del Sannio ed ha visto la partecipazione dei Dr. Angela M. Cusano, Giuseppe Quero, Patrizio Vaiano, Paola Cicatiello, Maria Principe, Alberto Micco e Menotti Ruvo.
Il prestigioso risultato ottenuto è frutto, tra l’altro, del grande investimento che Unisannio, in collaborazione con il CeRICT, sta rivolgendo nello sviluppo di nanotecnologie innovative per applicazioni alla medicina di precisione, come dimostrato dalla creazione di una Infrastruttura di Ricerca Regionale finanziata dalla Regione Campania interamente dedicata allo sviluppo di queste tecnologie emergenti in grado di rendere la medicina di precisione una strategia concreta con potenzialità enorme in applicazioni legate alle scienze della vita. Il Centro di Optoelettronica e Nanofotonica per la Salute dell’uomo – CNOS, con sede a Benevento, è infatti dotato delle più moderne nanotecnologie e biotecnologie per lo sviluppo di tecniche diagnostiche e terapeutiche di nuova generazione basate sull’uso della luce.
