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Realizzazione e valutazione, fisica e biologica, di nanoparticelle magnetiche da utilizzare per l'imaging e la terapia tumorale

Informazioni tesi

  Autore: Luca Dalbosco
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2007-08
  Università: Università degli Studi di Trento
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Fisica E Tecnologie Biomediche
  Relatore: Claudio Migliaresi
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 150

Negli ultimi anni, la ricerca scientifica si è concentrata molto sullo studio e sull’uso delle nanoparticelle in svariati campi di applicazione. Uno dei campi su cui è stata portata maggior attenzione è il campo medico e biotecnologico.
Le nanoparticelle sintetizzate in svariati modi e composte dai più diversi materiali hanno dimostrato due caratteristiche fondamentali. La prima è che le loro proprietà sono dipendenti dalle dimensioni: in scala nanometrica esprimono delle qualità diverse o addirittura opposte rispetto allo stesso materiale su scala macroscopica. La seconda caratteristica è che il rapporto fra superficie e volume raggiunge valori significativi: l’area superficiale delle nanoparticelle è molto reattiva e quindi può essere usata come vettore per altri tipi di molecole o biomolecole.
In aggiunta, se le nanoparticelle sono sintetizzate con elementi paramagnetici, come il ferro, il gadolinio o il manganese, esprimono delle proprietà magnetiche che ne aumentano le capacità diagnostiche e terapeutiche.
Nel lavoro qui presentato, sono state sintetizzate nanoparticelle magnetiche di ossido di ferro che sono alla base di uno studio di ricerca nel quale le nanoparticelle avranno tre diversi compiti: in ambito terapeutico come vettore di farmaci (drug delivery) e come mezzo per l’aumento locale di temperatura (ipertermia), in ambito diagnostico come agente di contrasto per l’imaging a risonanza magnetica (MRI).
Le nanoparticelle, che verranno implementate nei tre ambiti precedentemente descritti, devono seguire delle indicazioni ben precise. Devono avere una dimensione inferiore ai 50 nm, con una distribuzione di dimensione il più stretta possibile e devono essere biocompatibili.
Il diametro delle nanoparticelle è risultato essere compreso fra i 18-20 nm con una larghezza di distribuzione compresa fra il 10-15 %. Queste misure sono state effettuate tramite microscopio a forza atmoica (AFM), microscopio elettronico a trasmissione (TEM) e light scattering (LS).
Per quanto riguarda la biocompatibilità, è stato approntato un protocollo cellulare in vitro, coltivando fibroblasti MRC5 e osteoblasti tumorali MG63 in terreno arricchito con nanoparticelle, per verificare le loro interazioni. Allo scopo sono state misurate la viabilità cellulare e la variazione di concentrazione di nanoparticelle nel surnatante a diversi tempi sperimentali.
In entrambi i casi cellulari e utilizzando concentrazioni diverse, le cellule hanno assorbito circa il 10% delle nanoparticelle, con un leggero aumento (raggiungendo circa il 20%) ad alte concentrazioni per le cellule tumorali.
Queste misure sono state effettuate tramite protocollo XTT e spettrofotometro UV-VIS.
Per verificare l’assorbimento cellulare e la localizzazione delle nanoparticelle, sono state effettuate delle analisi con microscopio elettronico a scansione ambientale (ESEM). Le immagini hanno dimostrato che non ci sono aggregati o stati di compartimentazione cellulare delle nanoparticelle. La presenza di nanoparticelle isolate non è verificabile perchè́ sono molto più piccole delle risoluzione dello strumento.
Questo lavoro preliminare fornisce risultati promettenti per ulteriori sviluppi futuri: ad esempio, migliorare la biocompatibilità tramite la sintesi di nanoparticelle ricoperte da polimeri sintetici, come il polieltilene glicole PEG o naturali, come il destrano; approfondire l’indagine in vitro e in vivo su diversi tipi di cellule tumorali, usando una distribuzione dei tempi sperimentali più accurata e usando protocolli di viabilità più completi.

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Capitolo 1 Introduzione Prima di concentrare l’attenzione sullo scopo della mia tesi e` interessante andare a scoprire cosa si intende e come viene definita la nanotecnologia. Per fare questo prendo spunto dalla voce dedicata a questo argomento sull’enciclopedia libera Wikipedia: La nanotecnologia e` un ramo della scienza applicata e della tecnologia che si occupa del controllo della materia su scala dimensionale inferiore al micrometro, normalmente tra 1 e 100 nanometri, e della progettazione e realizzazione di dispositivi in tale scala. La Nanotecnologia costituisce un ambito d’investigazione altamente multidisciplinare, coinvolgendo molteplici indirizzi di ricerca che vanno dalla biologia molecolare alla chimica, scienza dei materiali e ovviamente fisica, sia applicata che di base, fino all’ingegneria meccanica ed elettronica. L’obiettivo che spinge un ricercatore allo sviluppo di nuove nanotecnolo- gie e i problemi che potrebbe incontrare nel suo cammino sono introdotti da un famoso discorso del 1959 del fisico Richard P. Feynman che sugger`ı un modo per sviluppare l’abilita` di manipolare atomi e molecole direttamente, sviluppando una serie di macchine utensili in scala uno a dieci analoghe a quelle che si trovano in ogni negozio di meccanica. Questi piccoli strumenti, quindi, sarebbero stati utilizzati per sviluppare e controllare la generazione successiva di utensili in scala uno a cento, e cos`ı via. Mano a mano che le dimensione diventava minore, sarebbe stato necessario ridisegnare alcuni utensili a causa del fatto che il rapporto tra le varie forze sarebbe cambia- to. La gravita` sarebbe diventata meno importante, la tensione superficiale sarebbe diventata piu` importante, cos`ı come la forza di van der Waals, etc. Facendo riferimento a questi principi iniziali, all’inizio solo alcuni gruppi di ricerca hanno cominciato a muoversi in questa direzione ma con il passare del tempo la ricerca e` aumentata esponenzialmente come il numero di articoli che trattano di questo argomento: dalla scoperta di nuove strutture alla 3

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Parole chiave

agente di contrasto
drug delivery
ipertermia
light scattering
magnetite
micelle inverse
mri
nanoparticelle
ossido di ferro
tem
tumori
viabilità cellulare
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