La nanotecnologia , la manipolazione della materia su scala atomica e molecolare per creare materiali con proprietà molto diverse e nuove, è un settore in rapida espansione della ricerca con un enorme potenziale in molti settori, che vanno dalla sanità alla costruzione ed elettronica. In medicina, promette di rivoluzionare la somministrazione di farmaci, la terapia genica, la diagnostica, molti settori della ricerca, e sviluppo e applicazione clinica.Questo articolo non tenta di coprire l’intero campo, ma offre, per mezzo di alcuni esempi, alcune intuizioni di come la nanotecnologia ha il potenziale per cambiare la medicina, sia nel laboratorio di ricerca che clinicamente, toccando alcune delle sfide e le preoccupazioni che esse sollevano.
Che cosa è la nanotecnologia?
Il prefisso “nano” deriva dal greco antico per “nano”. Nella scienza significa 1000000000 (10 ^ 9) di qualcosa, quindi un nanometro (nm) è è un miliardesimo di metro, o 0,000000001 metri uno. Un nanometro è circa tre a cinque atomi di larghezza, o circa 40.000 volte più piccolo dello spessore del capello umano. Un virus è tipicamente 100 nm di dimensione. La capacità di manipolare le strutture e le proprietà su scala nanometrica in medicina è come avere un sub-microscopico in un banco di laboratorio in cui è possibile gestire i componenti delle cellule, virus o pezzi di DNA, utilizzando una serie di strumenti molto piccoli , robot e tubi.
Manipolazione del DNA
Le terapie che comportano la manipolazione di singoli geni, o le vie molecolari che influenzano la loro espressione, sono sempre in fase di studio come opzione per il trattamento di malattie.Un obiettivo molto richiesto in questo campo è la possibilità di personalizzare i trattamenti in base al patrimonio genetico dei singoli pazienti. Questo crea la necessità di strumenti che consentono agli scienziati di sperimentare e sviluppare tali trattamenti. Immaginate, per esempio, essere in grado di stendere un sezione di DNA come un filo di spaghetti, in modo da poter esaminare o operare su di esso, o nanorobot da costruzione in grado di “camminare” e eseguire riparazioni all’interno di componenti cellulari. La nanotecnologia sta portando questo sogno della scienza, più vicino alla realtà. Ad esempio, gli scienziati della Australian National University sono riusciti a collegare sfere rivestite di latticealle estremità di DNA modificato e utilizzando una “trappola ottica” che comprende un fascio concentrato di luce, hanno steso il filamento del DNA, al fine di studiare le interazioni delle proteine leganti specifiche.
Nanobot e nanostars
Nel frattempo, i chimici della New York University (NYU) hanno creato un robot su scala nanometrica di frammenti di DNA che cammina su due gambe a 10 nm di lunghezza. In un documento del 2004 pubblicato sulla rivista Nano Letters , descrivono come il loro “nanowalker”, con l’aiuto di molecole psoraleni attaccate alle estremità dei suoi piedi, muove i primi passi :. due avanti e due indietro. Il laboratorio di Seeman presso New York University sta anche cercando di utilizzare le nanotecnologie per creare un computer biochip e per scoprire come le molecole biologiche cristallizzano, una zona che è attualmente piena di sfide. L’opera che Seeman e colleghi stanno facendo è un buon esempio di “biomimetica “, dove con le nanotecnologie possono imitare alcuni dei processi biologici della natura, come ad esempio il comportamento del DNA, di progettare nuovi metodi e forse anche migliorare. DNA a base di nanorobot sono stati creati per indirizzare le cellule del cancro. Per esempio, i ricercatori della Harvard Medical School negli Stati Uniti hanno riferito di recente in Scienze di aver creato un “origami nanorobot” fuori DNA per il trasporto di un carico utile molecolare. La canna a forma di nanobot può trasportare molecole contenenti istruzioni che indirizzano le cellule a comportarsi in un determinato modo. Nel loro studio, il team dimostra come la consegna garantita entro molecole favorisca il suicidio delle cellule trigger in leucemia e linfoma. Nanobot in altro materiale, sono in fase di sviluppo. Per esempio, l’oro è usato dagli gli scienziati della Northwestern University come materiale per fare “nanostars”, semplici e specializzati, a forma di stella in grado di rilasciare farmaci direttamente ai nuclei delle cellule tumorali . In un recente articolo sulla rivista ACS Nano , gli scienziati descrivono come nanostars cariche di farmaco, si comportano come minuscoli autostoppisti, che dopo essere stati attratti da un eccesso di proteina espressa sulla superficie cervicale umana e c ellule del cancro ovarico, depositano il loro payload nei nuclei di queste cellule. I ricercatori hanno scoperto che dare al loro nanobot la forma di una stella ha contribuito a superare una delle sfide di utilizzare nanoparticelle per la fornitura di farmaci: come rilasciare i farmaci con precisione. Sostengono che la forma aiuta a concentrare impulsi di luce utilizzati per rilasciare i farmaci proprio nei punti della stella.
Cosa accadrà in futuro e quali preoccupazioni circondano i nanomateriali?
Gli anni recenti hanno visto un esplosione del numero di studi che dimostrano la varietà di applicazioni mediche delle nanotecnologie e dei nanomateriali. In questo articolo abbiamo intravisto solo un piccolo spaccato di questo vasto campo. Tuttavia, su tutta la gamma, esistono considerevoli sfide, la più grande delle quali sembrano essere il modo per aumentare la produzione di materiali e strumenti, e come ridurre i costi e tempi. Ma un altro problema è come conquistare rapidamente la fiducia del pubblico sulla sicurezza della nanotecnologia. Ci sono alcuni ricercatori che suggeriscono che le preoccupazioni per le nanotecnologie possono essere troppo esagerate. Essi sottolineano il fatto che solo perché un materiale è dimensioni nanometriche, non significa che sia pericoloso, anzi le nanoparticelle sono in giro da quando la Terra è nata. Nel tentativo di indagare la sicurezza dei nanomateriali, il National Cancer Institute negli Stati Uniti dice che ci sono così tante nanoparticelle naturalmente presenti nell’ambiente, che sono “spesso di grandezza superiore ai livelli di particelle ingegnerizzate in fase di valutazione”. Per molti aspetti, sottolineano, che “le nanoparticelle ingegnerizzate per la maggior parte sono molto meno tossiche rispetto ai prodotti di pulizia della casa, insetticidi utilizzati su animali domestici, e rimedi over-the-counter contro la forfora “, e che, per esempio, nel loro uso come vettori di chemioterapici nel trattamento del cancro, sono molto meno tossici dei farmaci che portano. Forse è più nel settore alimentare che abbiamo visto una più grande espansione di nanomateriali a livello commerciale. Sebbene il numero di alimenti che contengono nanomateriali è ancora piccolo, appare destinato a cambiare nel corso dei prossimi anni. I nanomateriali sono già utilizzati per abbassare i livelli di grassi e zuccheri senza alterare il gusto, o per migliorare gli imballaggi per mantenere i cibi freschi più a lungo, o per dire ai consumatori se il cibo è avariato. Essi sono utilizzati anche per aumentare la biodisponibilità dei nutrienti (per esempio in integratori alimentari). Il comitato della House of Lords del Parlamento britannico, in un recente rapporto sulle nanotecnologie e il cibo,esprimono i loro timori sui nanomateriali e la salute umana, in particolare sul rischio che deriva da ingestione di nanomateriali. Un’area che riguarda la commissione è la dimensione e la mobilità eccezionale di nanoparticelle: sono abbastanza piccole, se ingerite possono penetrare le membrane cellulari del rivestimento dell’intestino, con la possibilità di accedere al cervello e altre parti del corpo, e anche nei nuclei delle cellule. Un altro dubbio di pericolo per la salute deriva dalla solubilità e persistenza di nanomateriali. Cosa accade a nanoparticelle insolubili? Se non possono essere ripartite e digerito o degradate, c’è il pericolo che si possono accumulare negli organi causando danni? I nanomateriali comprendenti ossidi metallici inorganici e i metalli, sono considerate quelle che più probabilmente rappresentano un rischio in questo settore. Inoltre, a causa del alto rapporto di massa sulla superfice, le nanoparticelle sono altamente reattive e possono per esempio, sviluppare reazioni chimiche ancora sconosciute, mediante incollaggio con le tossine, che consentono loro di entrare nelle cellule alle quali altrimenti, non avrebbero accesso. Con la loro ampia superficie, reattività e carica elettrica, i nanomateriali creano le condizioni per quello che viene descritto come “aggregazione delle particelle” a causa di forze fisiche e “agglomoration particella” a causa di forze chimiche, in modo che singole nanoparticelle si uniscono per formare quelle più grandi. Questo può portare non solo a particelle notevolmente più grandi, ad esempio nell’intestino e all’interno delle cellule, ma potrebbe anche portare a disaggregazione di grumi di nanoparticelle, che potrebbero alterare radicalmente le loro proprietà chimico-fisiche e reattività chimica. La conclusione del comitato è che né governo né i consigli di ricerca stanno dando priorità alla ricerca sulla sicurezza delle nanotecnologie, in particolare”, considerando il lasso di tempo entro il quale i prodotti contenenti nanomateriali possono essere sviluppati “. Sembrerebbe, quindi, reale o percepito, che il rischio potenziale che la nanotecnologia comporta per la salute umana deve assolutamente essere ancora indagato. La maggior parte dei nanomateriali, come suggerisce NCI, probabilmente si rivelerà innocua. Ma quando una tecnologia avanza rapidamente, la conoscenza e la comunicazione circa la sua sicurezza deve stare al passo, soprattutto se si tratta anche di garantire la sicurezza per la salute umana. Dobbiamo solo guardare a ciò che è successo, e in parte sta ancora accadendo, con il cibo geneticamente modificato per c pire che forse qualcosa potrebbe anche andare diversamente da come previsto!
Fonte “Nanotecnologie nella UE – Tecniche bioanalitici e biodiagnostica” , Christof Ruch, 2004,nanoforum.org ; “Nanotecnologie e alimentare HL 22-I, primo rapporto della sessione 2009-10 – Volume I: Report” , House of Signori –
