Gaianews

Nanotecnologia, studio migliora la comprensione degli effetti di nanoparticelle e polveri sottili nei polmoni

Scritto da Redazione di Gaianews.it il 09.11.2010

SmogBOSTON, USA – Proprio come nei film di fantascienza, alcuni scienziati sono riusciti tracciare in tempo reale il percorso di un gruppo di nanoparticelle fluorescenti, che sono state fatte entrare dagli alveoli polmonari all’interno del corpo, lasciandole poi uscire nuovamente e ottenendo così una descrizione delle caratteristiche e del comportamento di queste minuscole particelle. La ricerca potrebbe portare allo sviluppo di agenti terapeutici per curare le malattie polmonari, oltre che a offrire una maggiore comprensione degli effetti sulla salute umana dell’inquinamento atmosferico da polveri sottili.

Condotte da ricercatori del Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) e della Harvard School of Public Health, le ricerche sono descritte nel numero online del 7 novembre della rivista Nature Biotechnology.

Ad una scala da uno a 100 nanometri (nm) – un miliardesimo di metro – le nanoparticelle sono troppo piccole per essere visibili attraverso un microscopio tradizionale. Ma questa scala estremamente piccola li rende potenziali candidati per la somministrazione di farmaci mirati, in grado di individuare con precisione le fonti di malattia con maggiore efficienza e minimi effetti collaterali ai tessuti circostanti.

“Le nanoparticelle sono promettenti candidati a diventare agenti terapeutici per una serie di malattie”, spiega il co-autore senior John V. Frangioni, ricercatore della Divisione di Ematologia / Oncologia presso il BIDMC e Professore Associato di Medicina e della Radiologia presso la Harvard Medical School ( HMS). L’anatomia del polmone, con la sua ampia superficie e le poche barriere tra la sua superficie interna e l’ambiente esterno, rende questo organo un obiettivo particolarmente indicato come porta d’accesso ai farmaci veicolati dalle particelle nanotecnologiche.

“Siamo interessati al destino delle particelle dopo che si sono depositate in profondità nella regione di scambio gassoso del polmone”, aggiunge il co-autore Akira Tsuda, un ricercatore in Fisiologia Molecolare del Dipartimento di salute ambientale presso la Harvard School of Public Health. “Capire quanto incidono le caratteristiche fisico-chimiche delle nanoparticelle inalate sulla loro capacità di attraversare la superficie alveolare dei polmoni è un passo importante nella comprensione degli effetti biologici associati all’esposizione a queste particelle”.

Il lavoro precedente di Frangioni e del primo autore Hak Soo Choi, un insegnante di Medicina presso la Harvard School of Public Health, aveva stabilito le caratteristiche delle nanoparticelle che regolano l’evacuazione dal corpo. “Per avere un valore clinico, le nanoparticelle devono essere in grado o di biodegradarsi in composti biologicamente inerti, oppure essere efficacemente eliminate dal corpo”, dice Choi, spiegando che l’accumulo di nanoparticelle potrebbe essere tossico.

L’obiettivo di questo nuovo studio è stato quello di determinare le caratteristiche e i parametri delle nanoparticelle inalate che mediano la loro diffusione nel corpo – dall’ambiente esterno, attraverso la superficie alveolare polmonare e nel sistema linfatico e nella circolazione sanguigna ed eventualmente ad altri organi. Per fare questo, gli scienziati si sono avvalsi della  tecnica FLARE (Fluorescence-Assisted Resection and Exploration), un sistema di imaging propretario, variando sistematicamente composizione chimica, dimensione, forma e carica superficie di un gruppo di nanoparticelle fluorescenti all’infrarosso per confrontare le proprietà fisico-chimiche delle varie particelle ingegnerizzate. I ricercatori hanno poi monitorato il movimento delle nanoparticelle  nei polmoni di cavie per un periodo di un’ora, e verificato i risultati utilizzando convenzionali traccianti radioattivi.

“Il sistema FLARE ci ha permesso di ridurre il numero di esperimenti della metà durante l’esecuzione di confronti diretti di nanoparticelle di varie dimensioni, forme e composizione”, spiega Frangioni, il cui laboratorio ha sviluppato il sistema FLARE per l’utilizzo nella chirurgia oncologica nonché in altri applicazioni.

I loro risultati hanno stabilito che le nanoparticelle non caricate positivamente, più piccole di 34 nanometri di diametro, sono apparse nei linfonodi polmonari di drenaggio dopo 30 minuti. Hanno anche scoperto che le nanoparticelle più piccole di 6 nm di diametro con caratteristiche “zwitterioniche” (uguale carica positiva e negativa) sono arrivate fino ai linfonodi drenanti in pochi minuti, per poi essere eliminate dai reni nelle urine.

Ricadute nella comprensione degli effetti delle polveri sottili sulla salute umana

“Questi nuovi risultati possono essere applicati per ottimizzare la progettazione delle particelle e per la somministrazione di farmaci con terapia inalatoria”, osserva Tsuda.

“Inoltre, questa ricerca ci guida anche nella valutazione degli effetti sulla salute delle varie  particelle inquinanti (o polveri sottili), ed i dati suggeriscono l’importanza e la correttezza di distinguere sottoclassi specifiche di particelle [sulla base di composizione chimica e dimensioni] che possono attraversare rapidamente l’epitelio alveolare e diffondersi nel corpo”.

Aggiunge Frangioni: “Questo studio è complementare ai nostri lavori precedenti in cui abbiamo definito le caratteristiche delle nanoparticelle che regolano l’eliminazione efficiente dal corpo. Con questi nuovi risultati, che invece definiscono le caratteristiche che regolano l’assorbimento nel corpo, ora abbiamo descritto un completo ciclo del traporto delle nanoparticelle dall’ambiente, attraverso i polmoni, nel corpo, poi fuori dei reni nelle urine e di nuovo nell’ambiente”.

© RIPRODUZIONE RISERVATA