Nanovettori biologici: tra comunicazione e cura
Anche le cellule comunicano tra loro, e lo fanno attraverso minuscole strutture biologiche che funzionano da veri e propri vettori di informazione. Queste nanoparticelle specializzate possono assumere forme diverse - tra cui strutture tubulari - a seconda del loro ruolo e della funzione biologica che devono svolgere. Ne abbiamo parlato con Giorgia Adamo dell’Istituto per la ricerca e l’innovazione biomedica del Cnr, che studia le potenzialità delle nanostrutture per applicazioni in campo biomedico
Le nanoparticelle possono essere suddivise in due grandi categorie: quelle sintetiche, ottenute tramite processi fisici o chimici, e quelle naturali, come le vescicole extracellulari, prodotte spontaneamente dalle cellule per comunicare tra loro. Questo sistema di scambio di informazioni è straordinariamente conservato in natura: studi recenti hanno infatti dimostrato che tutti i tipi di cellule - dalle cellule umane ai batteri, dalle piante ai funghi - sono in grado di generare vescicole extracellulari per trasferire segnali biologici. Per comprendere meglio in cosa consistono, ne abbiamo parlato con Giorgia Adamo dell’Istituto per la ricerca e l’innovazione biomedica (Irib) del Cnr, esperta della materia come lei stessa ci dice: “Ho iniziato a lavorare su nanoparticelle sintetiche durante il mio dottorato di ricerca, con l’obiettivo di sviluppare sistemi intelligenti per il trasporto mirato di farmaci. In quella fase, mi sono occupata soprattutto di particelle artificiali, quindi create in laboratorio attraverso processi chimici, per migliorarne stabilità, funzionalizzazione e capacità di riconoscere cellule bersaglio. Queste nanoparticelle sono progettate per incapsulare un principio attivo e rilasciarlo in modo controllato; un’idea che, a livello concettuale, le avvicina a veri e propri ‘nano-trasportatori’ terapeutici, capaci di raggiungere destinazioni precise”.
E il controllo della destinazione è un punto cruciale. “Parliamo spesso di ‘drug delivery’ e di ‘targeting attivo’, cioè della capacità di una nanoparticella di riconoscere specificamente una cellula grazie a molecole sulla sua superficie. Questo ci permette di colpire selettivamente tessuti patologici, come cellule tumorali, riducendo gli effetti collaterali sui tessuti sani”, precisa la ricercatrice.
Negli ultimi anni, la ricercatrice ha poi ampliato il suo interesse verso sistemi nanometrici naturali: “Oggi mi occupo soprattutto di vescicole extracellulari, nanostrutture prodotte naturalmente dalle cellule per comunicare tra loro. Potremmo considerarli come l’evoluzione biologica del concetto di linguaggio: minuscole ‘capsule di informazione’ con cui il corpo scambia segnali e materiali biologici. Ad oggi siamo riusciti a caratterizzare quelle prodotte dalle microalghe, organismi unicellulari che abbiamo dimostrato produrre vescicole extracellulari. Tali vescicole conservano le proprietà delle cellule che le producono”. Le vescicole extracellulari rappresentano un passo importante verso una nanomedicina sempre più biocompatibile, efficiente e meno invasiva: “Quello che facciamo è studiare, modificare e ingegnerizzare queste vescicole per trasformarle in veri e propri nanovettori terapeutici naturali. Stiamo scoprendo che non solo possono trasportare molecole in modo mirato, ma in alcuni casi possiedono già proprietà biologiche utili, come la naturale capacità di localizzarsi nelle ossa”.
Una delle grandi qualità di queste particelle è la loro doppia natura, come spiega l’esperta, illustrando quanto emerso dai suoi studi: "Abbiamo rivestito alcune nanoparticelle magnetiche con membrane di vescicole extracellulari, creando sia strumenti diagnostici che nuovi agenti terapeutici. Da un lato queste nanoparticelle possono essere individuate e seguite nel corpo tramite tecniche avanzate, aiutando a localizzare con precisione tumori o tessuti malati. Dall’altro, possono trasportare farmaci o molecole terapeutiche direttamente alle cellule bersaglio, rilasciandole in modo mirato e riducendo gli effetti collaterali. Questa combinazione viene spesso definita teranostica e permette di ‘vedere’ la malattia e trattarla con lo stesso nanosistema, rendendo più efficaci e personalizzate le future terapie”.
Oltre alla loro caratterizzazione, uno dei risultati più significativi del gruppo è stato lo sviluppo di un sistema capace di produrre vescicole in quantità sufficienti per poter procedere in studi avanzati. “A differenza delle nanoparticelle sintetiche, la disponibilità di quelle naturali rappresenta un limite: si tratta pur sempre di prodotti biologici, generati dalle cellule in condizioni controllate”, chiarisce Adamo. “Tuttavia, se l'obiettivo finale è l'applicazione biomedica, i primi aspetti su cui intervenire sono la sicurezza e la scalabilità produttiva. Noi siamo riusciti a raggiungere questi obiettivi coltivando le microalghe in grandi fotobioreattori, che ci consentono di aumentare significativamente la produzione di vescicole. Inoltre, da questo punto di vista, le vescicole naturali presentano un vantaggio importante: una tossicità intrinsecamente più bassa rispetto alle controparti artificiali e, anzi, posseggono una propria bioattività, con effetti antiossidanti e antinfiammatori”.
La strada verso l’uso clinico di nanosistemi per il trasporto mirato di farmaci è stata aperta ormai da diversi anni, basti pensare ai vaccini a base di nanoparticelle liposomiali sviluppate per il Covid-19. Il percorso però è tutt'altro che concluso. Molte nuove sfide attendono ricercatori e clinici: dalla produzione su larga scala al perfezionamento del targeting, fino alla piena comprensione delle interazioni tra nanoparticelle e organismo. È un campo in rapida evoluzione, ricco di promesse e ancora tutto da esplorare.
Fonte: Giorgia Adamo, Istituto per la ricerca e l’innovazione biomedica, giorgia.adamo@irib.cnr.it