Nel cuore dell’innovazione nanotecnologica, un minuscolo capolavoro di ingegneria promette di cambiare radicalmente il modo in cui affrontiamo diagnosi e terapie mediche. Si tratta del NanoGripper, una mano robotica costruita interamente con filamenti di DNA. Sviluppato dai ricercatori dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign, questo dispositivo nanometrico ha la capacità straordinaria di afferrare virus, come quello responsabile del COVID-19, per diagnosticarli o bloccarne l’ingresso nelle cellule. Più che un semplice strumento, il dispositivo rappresenta un balzo avanti nella medicina di precisione e nella lotta contro le malattie infettive. Le sue potenziali applicazioni, dalla diagnostica alla somministrazione mirata di farmaci, aprono nuove frontiere nella scienza biomedica
Una mano fatta di DNA: il design bioispirato di NanoGripper
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Ispirandosi alla straordinaria flessibilità della mano umana e agli artigli degli uccelli, il team guidato dal professor Xing Wang ha progettato un nanorobot con quattro dita e un palmo, piegati da un unico filamento di DNA. Ogni dito, composto da tre articolazioni, può piegarsi e afferrare un bersaglio molecolare con precisione. La struttura è resa possibile grazie all’utilizzo di tecniche di origami del DNA, un approccio innovativo che consente di modellare il DNA in forme tridimensionali complesse.
Il DNA, oltre a essere il materiale della vita, offre una combinazione unica di robustezza, flessibilità e programmabilità. Questa combinazione consente di creare strutture dinamiche in grado di interagire con molecole specifiche, come la proteina spike del virus SARS-CoV-2. Gli aptameri, segmenti specializzati di DNA, fungono da sensori che riconoscono e si legano al bersaglio, attivando il movimento delle dita per avvolgerlo.
Diagnostica avanzata: rapidità e precisione
Uno degli aspetti più rivoluzionari del NanoGripper è la sua applicazione diagnostica. In collaborazione con il team del professor Brian Cunningham, esperto in biosensori, i ricercatori hanno integrato il NanoGripper con una piattaforma a cristalli fotonici per creare un test diagnostico rapido per il COVID-19. Questo sistema, in grado di rilevare il virus in appena trenta minuti, offre una sensibilità paragonabile ai test molecolari qPCR, considerati il gold standard nella diagnostica medica.
Il funzionamento è semplice ma efficace.
Quando il NanoGripper cattura un virus, una molecola fluorescente viene attivata, emettendo luce rilevabile da un sensore. Questo approccio consente di identificare singoli virus, rendendo il test non solo rapido, ma anche estremamente preciso. Una tecnologia simile potrebbe essere adattata per diagnosticare altre malattie virali, come l’HIV o l’epatite B.
Una barriera contro l’infezione
Oltre alla diagnostica, il NanoGripper dimostra un enorme potenziale nella prevenzione delle infezioni. Gli esperimenti condotti su colture cellulari hanno mostrato che, avvolgendo il virus con le sue dita, il NanoGripper impedisce alla proteina spike di interagire con i recettori delle cellule umane. Questo blocco meccanico previene l’ingresso del virus nelle cellule e, di conseguenza, l’infezione.
Il professor Wang suggerisce un’applicazione pratica di questa scoperta: un spray nasale antivirale. Il naso, essendo il principale punto d’ingresso per i virus respiratori, potrebbe essere protetto con uno spray contenente NanoGripper programmati per bloccare virus come il COVID-19 o l’influenza. Questa soluzione preventiva, semplice e non invasiva, potrebbe rappresentare un’arma efficace contro le pandemie future.
Somministrazione mirata di farmaci: il futuro della medicina personalizzata
Un’altra applicazione promettente del NanoGripper è nella somministrazione di farmaci. Grazie alla possibilità di programmare le dita per riconoscere marcatori specifici, i NanoGripper potrebbero trasportare trattamenti direttamente alle cellule bersaglio, come quelle tumorali. Questo approccio ridurrebbe gli effetti collaterali delle terapie tradizionali, migliorando al contempo l’efficacia del trattamento.
Ad esempio, un NanoGripper progettato per riconoscere i marcatori del cancro potrebbe avvolgere una cellula malata e rilasciare un farmaco direttamente al suo interno. Questo livello di precisione è impossibile con i metodi attuali, rendendo il NanoGripper una piattaforma rivoluzionaria per la terapia oncologica.
Sfide e prospettive future
Nonostante il potenziale straordinario, il NanoGripper deve affrontare alcune sfide prima di poter essere utilizzato su larga scala. La stabilità delle strutture 3D, il miglioramento del targeting degli aptameri e l’ottimizzazione della produzione su larga scala sono solo alcuni degli ostacoli tecnici da superare. Inoltre, saranno necessari test rigorosi per garantire la sicurezza e l’efficacia delle applicazioni cliniche.
Tuttavia, i progressi fatti finora dimostrano che la nanorobotica morbida, un campo relativamente giovane, può affrontare problemi complessi con soluzioni innovative. Il team di Wang è già al lavoro per perfezionare il design del NanoGripper, esplorando nuove applicazioni diagnostiche e terapeutiche.
Una nuova era per la medicina di precisione
Il NanoGripper rappresenta una pietra miliare nella nanotecnologia biomedica, combinando ingegneria avanzata e biologia molecolare per creare uno strumento versatile e potente. Dalla diagnostica rapida alla prevenzione delle infezioni, fino alla terapia personalizzata, le sue applicazioni promettono di trasformare la medicina come la conosciamo.
Questa minuscola mano robotica, invisibile a occhio nudo, potrebbe avere un impatto enorme sulla salute globale, aiutandoci a rilevare e combattere malattie con una precisione senza precedenti. Se il futuro della medicina è fatto di molecole e nanostrutture, il NanoGripper ci offre un assaggio di ciò che è possibile, dimostrando che, anche su scala nanometrica, le possibilità sono infinite.
Fonti
Lifeng Zhou et al., Bioinspired designer DNA NanoGripper per il rilevamento del virus e la potenziale inibizione, Science Robotics (2024).
Xing Wang et al., Università dell’Illinois Urbana-Champaign
Pearson, J. (2019). Nanotechnology in Medicine: Future Perspectives.