Sistemi molecolari e materiali fotoresponsivi per applicazioni nano- e bio-tecnologiche e in oncologia (Nano-Light).

Questo progetto ha come base di partenza l’interazione della luce con sistemi supramolecolari e nanostrutturati. In particolare la luce può essere utilizzata sia come forma di energia per far funzionare i dispositivi su base molecolare (come per esempio le macchine molecolari), sia per conoscere lo stato del sistema (come gli output delle porte logiche), sia infine a fini analitici, vista la grande sensibilità offerta dalla fotoluminescenza. Numerosi sono i sistemi molecolari che consentono di ottenere modulazione di funzionalità a livello nanometrico. Un caso emblematico è rappresentato dagli azobenzeni, molecole fotosensibili in cui la luce causa una modificazione radicale della forma e della dimensione molecolare, accompagnata da una variazione dei moduli meccanici di più di due ordini di grandezza. Queste proprietà rendono possibile lo sviluppo di macchine molecolari e materiali nanostrutturati di grande interesse non solo per la scienza di base, ma anche per applicazioni in settori di importanza strategica come la tecnologia dei materiali, la catalisi e la terapia medica. Un altro sistema molecolare di grande interesse sono i materiali fotocromici, sistemi bistabili in cui due forme con caratteristiche spettroscopiche molto diverse possono essere interconvertite selettivamente con luce di diverse lunghezze d’onda. Applicazioni interessanti riguardano lo storage di informazione a livello molecolare. Simili proprietà sono mostrate anche da materiali polimerici fotoattivi in genere. Per quanto riguarda le biotecnologie, la manipolazione non invasiva di processi intracellulari per mezzo di proteine fotoattivabili di origine naturale si sta rivelando un campo di ricerca in rapido progresso, costituendo la cosiddetta optogenetica. L’inserimento di proteine fotoattivabili in particolari neuroni del cervello di animali transgenici consente l’attivazione (o il silenziamento) selettivo di tali neuroni. Ciò consente di studiare la alterazione del comportamento animale a seguito della fotoattivazione di tali neuroni. Il targeting neuronale di elementi fotoattivabili può costituire un approccio estremamente promettente ed innovativo per riportare in attività (o per silenziare) a comando (cioè con la luce) quei circuiti neuronali non più correttamente funzionali a causa di particolari patologie, come l’epilessia, il Parkinson e l’Alzheimer. Per le applicazioni nel campo dell’oncologia, questo progetto intende puntare su due patologie ben caratterizzate, la leucemia linfatica cronica (LLC) di tipo B, che rappresenta la più frequente neoplasia ematologica, ed il tumore alla prostata, che invece è la forma più diffusa di cancro negli uomini. Dal punto di vista terapeutico, nel corso del progetto cercheremo di applicare per la LLC delle nanoparticelle (NP) fluorescenti, sia peptidiche che di silice. Tali NP presentano un’elevata monodispersione, ottime proprietà di fluorescenza., una intrinseca biocompatibilità ed una grande semplicità di funzionalizzazione. Esse infatti possono essere facilmente derivatizzate con anticorpi, peptidi, recettori sintetici e DNA per applicazioni di imaging in vivo e diagnostica, utilizzando approcci di citofluorimetria ad alta processività, che consentono valutazioni multiparametriche anche in presenza di un numero di cellule esiguo. Tali NP possono essere caricate con farmaci innovativi a bassa tossicità in grado di attivare in maniera non genotossica la via di trasduzione del segnale dell’ oncosopressore p53. Per rendere specifico il targeting anti-tumorale delle NP, si provvederà a legare sulla loro superficie il Rituximab (anticorpo anti-CD20), attualmente utilizzato per il trattamento di neoplasie ematologiche. Saranno quindi condotti saggi di citotossicità in vitro ed in vivo, valutando l’interazione nanoparticella/cellula tumorale mediante citofluorimetria e microscopia a forza magnetica (per esperimenti in vitro) ed imaging molecolare (in vivo). Per quanto riguarda invece il tumore alla prostata, intendiamo puntare sulla progettazione di sensori fluorescenti basati su recettori detti cavitandi in grado di riconoscere nell’urina la sarcosina, un amminoacido che è un ottimo marker delle forme più aggressive di questa neoplasia , con alta selettività e sensibilità. Anche tali sensori potranno essere basati su nanoparticelle per la generazione del segnale di fluorescenza.