Impulsi laser per inserire nelle cellule nanoparticelle a scopo terapeutico

Utilizzando impulsi laser focalizzati su un’area di dimensioni nanoscopiche è possibile praticare piccoli fori nelle membrane cellulari per un tempo utile a inserire a scopo terapeutico piccole molecole, proteine e DNA contenute nel fluido extracellulare: lo hanno dimostrato i ricercatori del Georgia Institute of Technology che firmano in proposito un articolo di resoconto sulla rivista Nature Nanotechnology.

Grazie alla regolazione dell’esposizione del laser, gli studiosi sono riusciti a inserire una piccola molecola marcata nel 90 per cento delle cellule considerate, mantenendone in vita una stessa percentuale.

“Questa tecnica potrebbe permettere di somministrare un’ampia varietà di composti terapeutici che attualmente non possono facilmente raggiungere l’interno delle cellule”, ha commentato Mark Prausnitz, professore della School of Chemical and Biomolecular Engineering del Georgia Tech. “Uno dei campi in cui si potrebbero avere le applicazioni più interessanti sarebbe la terapia genica, che potrebbe avere un notevole sviluppo ma è attualmente limitata dalla difficoltà di inserire DNA ed RNA nelle cellule”.

Da molti decenni la ricerca biomedica sta cercando di inserire molecole di RNA e DNA nelle cellule in modo più efficiente. I metodi utilizzati finora sono di diversa natura, e comprendono l’uso di vettori virali, il rivestimento di DNA ed RNA con agenti chimici o l’impiego di campi elettrici e ultrasuoni per aprire varchi nelle membrane cellulari. Tutte queste tecniche mostrano però alcuni inconvenienti in termini di sicurezza e di efficienza.

La tecnica, che s’ispira all’effetto fotoacustico, è stata sperimentata introducendo particelle di nerofumo che misurano 25 nanometri di diametro nel fluido che circonda le cellule in cui si voleva introdurre gli agenti terapeutici. Il fluido viene investito da brevi impulsi laser della durata di alcuni femtosecondi nello spettro del vicino infrarosso: le nanoparticelle assorbono la radiazione, aumentando di temperatura. Il calore comunicato al fluido produce vapore, che a sua volta reagisce con le nanoparticelle formando idrogeno e monossido di carbonio.

I due gas formano così delle bolle che crescono via via che il laser fornisce loro energia e collassano improvvisamente quando gli stessi laser vengono spenti, creando onde d’urto in grado di forare le membrane cellulari. Queste minuscole aperture permettono l’entrata degli agenti terapeutici all’interno della cellula, richiudendosi abbastanza rapidamente da permettere la sopravvivenza della cellula