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Nanoparticelle d’oro per salvare i neuroni dalla morte cellulare

Importanti prospettive per il trattamento di malattie come Alzheimer, corea di Huntington, epilessia, traumi cerebrali e ictus.

Il meccanismo molecolare studiato per salvare i neuroni dalla morte cellulare causata dall’eccitotossicità nasce da una collaborazione internazionale coordinata da Roberto Fiammengo, ricercatore del Centro di Nanotecnologie Biomolecolari dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Lecce. “Abbiamo sviluppato nanoparticelle con proprietà uniche e necessarie per dare una risposta alle indicazioni dei colleghi neurobiologi e fisiologi” dichiara Roberto Fiammengo. “Coordinare un gruppo così multidisciplinare di ricercatori è stata un’impresa estremamente stimolante e i risultati ottenuti dimostrano che questo è l’approccio vincente.”

Il team internazionale ha visto coinvolti ricercatori dell’Università di Genova, Imperial College e King’s College di Londra, del Center for Synaptic Neuroscience and Technology dell’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova e del Max Planck Institute for Medical Research di Heidelberg. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista ACS Nano della American Chemical Society.

Nanoparticelle d’oro per salvare i neuroni dalla morte cellulare. Credits: IIT
Vincenzo Mangini e Roberto Fiammengo, ricercatori del centro IIT di Lecce. Credits: IIT

Che cos’è l’eccitotossicità?

L’eccitotossicità è un fenomeno di tossicità neuronale che si manifesta come conseguenza dell’esposizione ad alte concentrazioni del neurotrasmettitore glutammato. L’eccessiva stimolazione dei neuroni da parte del glutammato, normalmente coinvolto nella comunicazione neuronale, può danneggiare le cellule nervose e causarne la degenerazione. Molti studi hanno riscontrato un’implicazione del meccanismo di eccitotossicità nella patogenesi di numerose malattie neurodegenerative, come la malattia di Parkinson, la malattia di Alzheimer, la corea di Huntington, ma anche in casi di epilessia, trauma cerebrale e ictus.

Il meccanismo molecolare per salvare i neuroni dalla morte cellulare

Le nanoparticelle sono state realizzate nei laboratori del team dell’IIT di Lecce. Le nanostrutture sono state decorate sulla superficie con peptidi – composti organici risultanti dall’unione di due o più molecole di amminoacidi – che permettono l’inibizione selettiva dei recettori extrasinaptici del glutammato che sono coinvolti nel fenomeno dell’eccitotossicità.

La dimensione delle nanoparticelle è tra le 20 e le 50 volte maggiore quella dei farmaci classici. Questa caratteristica permette alle nanoparticelle di non bloccare tutti i recettori presenti sulla cellula ma solo quelli localizzati all’esterno della sinapsi. Questa progettazione dal punto di vista dimensionale è stata pensata per mantenere una corretta trasmissione del segnale nervoso evitando, però, l’eccessiva attivazione, allo scopo di salvare i neuroni dalla morte cellulare. Il meccanismo molecolare alla base dell’effetto neuroprotettivo delle nanoparticelle è stato valutato dagli studi condotti da Pierluigi Valente ricercatore dell’Università di Genova in collaborazione con il gruppo di Fabio Benfenati del Center for Synaptic Neuroscience and Technology dell’IIT di Genova.

Nanoparticelle d’oro per salvare i neuroni dalla morte cellulare. Credits: IIT
Schema del meccanismo di azione delle nanoparticelle sviluppate da IIT per contrastare gli effetti dell’eccitotossicità. Credits: IIT

L’utilizzo delle nanoparticelle in campo biomedico

Da diversi anni, gruppi di ricerca medica e biologica sfruttano le proprietà uniche dei nanomateriali per varie applicazioni, per esempio come agenti di contrasto per imaging cellulare o nella terapeutica per il trattamento del cancro. Nanotecnologia biomedica, bionanotecnologia e nanomedicina sono termini usati per descrivere questo campo in costante crescita.

Le nanoparticelle possono essere caratterizzate e ingegnerizzate con funzionalità che permetta loro di interfacciarsi con l’ambiente organico e con le molecole. Inoltre, la dimensione delle nanoparticelle è simile a quella della maggior parte delle strutture biologiche. Pertanto, possono essere utili nel campo della ricerca e delle applicazioni biomedicali, sia in vivo sia in vitro. Le principali applicazioni in cui le nanoparticelle vengono utilizzate sono la diagnostica, i trattamenti antitumorali, i biosensori, la drug delivery, l’ingegneria tissutale.

Applicazioni future

Nanoparticelle d’oro per salvare i neuroni dalla morte cellulare. Credits: UniGe
Pierluigi Valente, ricercatore UniGe. Credits: UniGe

I risultati della ricerca gettano le basi per il trattamento di malattie neurologiche in cui l’eccessivo rilascio di glutammato è alla base della patologia. In particolare, la possibilità di bloccare i recettori all’esterno delle sinapsi senza interferire con la trasmissione dei segnali, apre promettenti prospettive di terapie mirate e prive di importanti effetti collaterali.

“Anche se le nanoparticelle sviluppate non sono ancora utilizzabili in terapia”, conclude Pierluigi Valente dell’Università di Genova, primo autore dell’articolo, “questo studio evidenzia che le nanotecnologie possono fornire indicazioni importanti per la cura di numerose patologie neurodegenerative e neuroinfiammatorie.”

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Benedetta Paolettihttps://biomedicalcue.it
Laureata in Ingegneria Biomedica all'Università Politecnica delle Marche. Studentessa MSc in Neuroengineering and bio-ICT all'Università degli Studi di Genova.