Con la nanoingegneria chimica arrivano i farmaci regolati con la luce

Grazie a una ricerca, cui ha partecipato anche l'Italia, è stato possibile creare delle molecole che innescano o frenano il processo di endocitosi che consente l’accesso di sostanze chimiche attraverso la membrana cellulare con il solo uso di luce focalizzata. La scoperta potrebbe portare a nuove opzioni terapeutiche.

27 GIU - C’è anche lo zampino italiano nella scoperta che potrebbe portare allo sviluppo di molecole terapeutiche regolate con la luce. L’italiana Laura Nevola, ricercatrice postdoc del laboratorio di “Disegno, sintesi e struttura di peptidi e proteine” dell’IRB Barcelona, è infatti fra gli autori dell’articolo pubblicato su Angewandte Chemie in cui si spiega come sia possibile creare due peptidi (piccole proteine) che, quando investite da un fascio di luce, cambiano forma permettendo o evitando l’interazione fra due proteine. Questa interazione è necessaria perché abbia luogo l’endocitosi, il processo grazie al quale le cellule permettono l’accesso di sostanze chimiche attraverso la membrana cellulare. Il risultato è valso la copertina del numero di luglio.
 
La scoperta è stata possibile grazie alla cooperazione tra chimici, biotecnologi, farmacologi e fisici di diverse istituzioni catalane, guidati da Pau Gorostiza, dell’IBEC e da Ernest Giralt, dell’IRB Barcelona. “I peptidi fotosensibili funzionano come semafori che danno il verde o frenano l’endocitosi cellulare su nostra richiesta. Sono già uno strumento molto potente per la biologia cellulare”, ha detto Giralt. “Queste molecole ci permettono di utilizzare una luce focalizzata come se fosse una ‘bacchetta magica’ per controllare i processi biologici e interrogarli”, ha aggiunto il fisico Pau Gotostiza, capo del gruppo “Nanosonde e nanocommutatori” dell’IBEC. “Come chimica mi piace molto l’idea di essere riusciti a controllare dall’esterno un processo biologico: credo sia il futuro della chimica”, ha spiegato Nevola.  
I ricercatori sottolineano l’applicabilità immediata di questo tipo di composti per studiare, ad esempio, l’endocitosi in vitro delle cellule cancerose – dove questo processo avviene in modo incontrollato – in maniera tale da inibirne selettivamente la proliferazione. Un altro ambito di applicazione potrebbe essere la biologia dello sviluppo, in cui le cellule hanno bisogno dell’endocitosi per modellare la propria morfologia e la propria funzione cellulare, processi orchestrati con grande precisione spazio-temporale. In questo contesto, i peptidi fotosensibili permetteranno di manipolare con pattern di luce il complesso processo dello sviluppo di un organismo multicellulare. “A giudicare dai risultati, ora lavoriamo per ottenere una ricetta generale per disegnare peptidi inibitori fotocommutabili applicabili ad altre interazioni fra proteine per manipolarle con la luce all’interno delle cellule”, anticipano i ricercatori. “Questo primo successo ci permetterà di generare lo stesso tipo di peptidi per ricerche con un orientamento chimico-medico”, ha aggiunto Giralt. Chi propone l’idea di manipolare con la luce i processi biologici e farmacologici, dopo cinque anni di specializzazione all’università di California a Berkeley, è Pau Gorostiza. Coordinatore del progetto ERC starting grant “OpticalBullet” (proiettile ottico) e del ERC Proof of Concept “Theralight”, in cui collabora con il laboratorio di Giralt, il ricercatore dell’IBEC spiega che “le applicazioni terapeutiche più immediate ce le possiamo aspettare per le patologie dei tessuti superficiali come la pelle, la retina o le mucose più esterne”
 
La manipolazione dei processi biologici con la luce sta generando strumenti rivoluzionari per la biologia e la medicina e sta aprendo nuovi campi di studio come l’optofarmacologia e l’optogenetica. “La combinazione di farmaci con dispositivi esterni di controllo basati sulla luce può contribuire allo sviluppo della medicina personalizzata nella quale le terapie si possono modulare in funzione di ciascun paziente, restringere a regioni localizzate per un tempo determinato, riducendo sensibilmente gli effetti indesiderati”, ha detto Nevola. “Questo è il punto chiave della ricerca e pensiamo che apra la porta verso sviluppi molto promettenti per il futuro”.
 
Per avanzare nello sviluppo di farmaci fotosensibili, bisogna migliorare la risposta fotochimica dei composti e poterla stimolare con lunghezze d’onda della luce visibile. “L’illuminazione prolungata con luce ultravioletta è tossica per le cellule ed è una limitazione evidente, alla quale si aggiunge la scarsa capacità di penetrazione nel tessuto della luce visibile”, ha spiegato Giralt. Bisogna anche fare passi verso una migliore fotoconversione dei composti e verso la stabilità nell’oscurità perché “a seconda di quello che ci interessa, possiamo disegnarli in modo tale che si rilassino rapidamente nel momento in cui si smette di irradiarli o perché ‘ricordino’ per alcune ore o giorni la luce che li ha illuminati”, ha aggiunto Gorostiza. “Il prossimo passo su cui sto lavorando è quello di applicare questa stessa tecnica su altre proteine, come quelle che governano la morte cellulare, l’apoptosi”, ha poi concluso Laura Nevola.
 
A questo lavoro hanno anche preso parte ricercatori della Piattaforma di Microscopia Digitale Avanzata dell’IRB Barcelona, che hanno disegnato un programma ad hoc per validare qualitativamente e quantitativamente l’azione dei peptidi all’interno delle cellule in tempo reale. Anche il gruppo di Artur Llobet dell’IBIDELL ha supportato la parte biologica di questa ricerca.

27 giugno 2013
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