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#FasSalute. Come diagnosticare l’Alzheimer grazie a nanoparticelle e metalli preziosi

Mercoledì, 06 Aprile 2016

Alla scoperta del progetto Supremal, che si propone di mettere a punto un sistema innovativo per la diagnosi precoce.

E' una malattia degenerativa devastante, con costi sociali ed economici altissimi: l'Alzheimer. Il progetto Supremal, finanziato dalla Regione Toscana, si propone di mettere a punto un sistema innovativo per la diagnosi precoce.

Oltre 37 milioni di persone nel mondo sono affette dal morbo di Alzheimer, con un costo globale di oltre 600 miliardi di dollari. L’incidenza dell’Alzheimer sta aumentando drammaticamente a causa dell’invecchiamento della popolazione e dell’assenza di farmaci che possano bloccare o far regredire la malattia. La diagnosi dell’Alzheimer, a oggi, si basa sul monitoraggio del declino mentale ed è effettuata a uno stadio in cui la malattia ha già causato importanti danni neuronali nel paziente. Mettere a punto un sistema di diagnosi precoce significherebbe contribuire a ridurre un costo sociale ed economico dall’impatto altissimo. E’ l’obiettivo del progetto Supremal - tra i beneficiari del Bando FAS Salute della Regione Toscana - di cui abbiamo parlato con il responsabile scientifico Paolo Matteini, ricercatore presso l’Istituto di Fisica applicata “Nello Carrara” del CNR di Sesto Fiorentino.

Qual è l'oggetto della vostra ricerca?
L’obiettivo è sviluppare un sistema per la diagnosi precoce del morbo di Alzheimer basato su un nuovo approccio di analisi. Più precisamente, la nostra strategia si basa sulla combinazione di SERS (spettroscopia Raman amplificata da superfici) e di substrati ibridi di analisi di ultima generazione costituiti da nanoparticelle di metalli preziosi (argento/oro) e foglietti di grafene. Questo tipo di substrati svolgono contemporaneamente il ruolo di cattura di biomarcatori riconosciuti dell’Alzheimer, grazie al grafene, e di amplificazione del loro segnale Raman, grazie alle nanoparticelle. Il segnale amplificato rappresenta l’“impronta digitale” della molecola catturata e include le sue caratteristiche chimiche e strutturali, che ne permettono un’identificazione inequivocabile. Sarà così possibile riconoscere la presenza in tracce dei biomarcatori, che negli stadi iniziali della malattia sono gli oligomeri di beta-amiloide. Viste le potenzialità della piattaforma SERS proposta, ne vogliamo garantire un utilizzo su larga scala attraverso lo sviluppo di substrati di analisi low-cost e di uno strumento da banco per l’analisi precoce dell’Alzheimer.

Primo passo, dunque, è riuscire a monitorare le trasformazioni dei biomarcatori per intervenire prima che compaiano i sintomi devastanti della malattia.
La ricerca ha già evidenziato che il morbo di Alzheimer, nei suoi stadi più iniziali, può causare variazione dei livelli di peptide beta-amiloide del fluido cerebrospinale. Questi peptidi sono responsabili, in uno stadio avanzato della malattia, della formazione di placche amiloidi, che rappresentano segni conclamati della presenza del morbo di Alzheimer. Tuttavia, i primi eventi che conducono alla malattia come il “misfolding” (ripiegamento non corretto) del beta-amiloide e la sua oligomerizzazione (aggregazione di poche molecole di beta-amiloide) si verificano da 10 a 20 anni prima che i sintomi della malattia appaiano evidenti. Di conseguenza, test capaci di monitorare le caratteristiche strutturali e le modificazioni del beta-amiloide nel fluido cerebrospinale rappresentano una soluzione promettente per diagnosticare il morbo di Alzheimer nei suoi stadi più precoci. Questa soluzione è percepita dalla comunità scientifica come un ausilio essenziale all’azione terapeutica da adottare e può offrire un supporto valido per monitorare il progresso della malattia e la risposta a nuovi trattamenti.

Una diagnosi nella fase iniziale della malattia potrebbe aprire nuovi scenari di cura
La diagnosi corrente della malattia di Alzheimer si basa sul monitoraggio del declino mentale e fornisce livelli di certezza largamente dipendente dai criteri clinici utilizzati e dai test neuropsicologici e di laboratorio effettuati. Tuttavia, oggi sappiamo che la malattia di Alzheimer ha già causato importanti danni neuronali negli individui che manifestano i primi sintomi di declino mentale e che ricevono una diagnosi di malattia di Alzheimer precoce. Con il progetto Supremal intendiamo realizzare una piattaforma affidabile ed efficace per la diagnosi precoce, ovvero effettuabile prima che compaiano i sintomi iniziali della malattia. In questo stadio l’ Alzheimer è di più semplice trattabilità. L’identificazione e quantificazione di principali biomarcatori del morbo di Alzheimer, come proposto dal progetto, rappresenta una prospettiva a elevato impatto umano e socioeconomico con vantaggi notevoli in differenti ambiti, incluso ridurre i costi di assistenza sanitaria e migliorare il benessere della popolazione.

Supremal è un partenariato di tre gruppi di ricerca, qual è il contributo di ognuno?
Il gruppo Biophotonics and Nanomedicine Lab dell’Istituto di Fisica Applicata “Nello Carrara” del CNR di Sesto Fiorentino, coordinato dal dottor Roberto Pini, direttore dell’ Istituto, svolge un ruolo di coordinamento del progetto oltre che la messa a punto del sistema SERS con test su biomarcatori modello e reali. Il nostro gruppo vanta un’esperienza decennale nello sviluppo di materiali nanostrutturati e ibridi attivabili dalla luce, oltre che nell’applicazione di questi materiali in ambiti biomedicali con particolare riferimento ad applicazioni terapeutiche e diagnostiche mediante luce laser. La purificazione, preparazione e caratterizzazione dei biomarcatori sarà affidata al gruppo di Scienze Biochimiche del Dipartimento di Scienze Biomediche, Sperimentali e Cliniche dell’Università di Firenze guidato dal professor Fabrizio Chiti e da anni coinvolto in studi finalizzati alla comprensione del processo di aggregazione delle proteine, con particolare riferimento agli aggregati prefibrillari e amiloidi. Il gruppo di ricerca del Dipartimento di Chimica “Hugo Schiff” dell’Università di Firenze, coordinato dalla professoressa Gabriella Caminati si occuperà della funzionalizzazione dei substrati SERS con recettori per biomarcatori e la caratterizzazione dell’interazione biomarcatore/substrato attraverso diverse tecniche analitiche.

Ricerca ma anche impresa. Qual è il ruolo delle aziende che vi affiancheranno nel progetto?
Le imprese toscane partecipanti sono tre - Cabro, Nanesa e Marwan Technology - e il loro apporto sarà prezioso nella messa a punto della piattaforma diagnostica. Nello specifico l’aretina Cabro, che vanta un’esperienza pluriennale nello studio e nella fabbricazione di nanostrutture di metalli preziosi e non quali oro, argento, rame, palladio e ferro in formulazioni liquide e di polveri e gel, ci supporterà nella sintesi e fabbricazione di substrati di nanoparticelle di metalli preziosi per applicazioni SERS. Nanesa, startup sempre con sede ad Arezzo specializzata nella produzione di paste conduttive per serigrafia e di nanomateriali a base di grafene e parte del Consorzio Europeo della Graphene Flagship, si occuperà proprio della sintesi dei materiali a base di grafene e della fabbricazione di substrati ibridi contenenti grafene per applicazioni SERS. La progettazione, realizzazione e la fase di test di uno strumento low-cost per analisi SERS ad elevata sensibilità sarà il affidato alla terza impresa, Marwan Technology, uno spin-off del Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa che opera nell’ambito delle sorgenti laser e della sensoristica per la ricerca e per l’industria.

L’apporto delle imprese, previsto a bando, si configura come un valore aggiunto per il progetto
Credo che il beneficio sia reciproco. Le tre imprese, affiliate al Distretto Toscano Scienze della Vita e al Distretto FORTIS per la Fotonica, l’Optoelettronica, la Robotica, le Telecomunicazioni, l’Informatica e lo Spazio, hanno un marcato potenziale di espansione verso ambiti commerciali nel settore del biomedicale e dell’elettronica e optoelettronica. Se è vero che Cabro e Nanesa forniranno il necessario supporto tecnico e scientifico per lo sviluppo di supporti preformati a base di nanomateriali e per la loro integrazione con dispositivi per l’analisi diagnostica, allo stesso tempo queste aziende trarranno beneficio dalla partecipazione al progetto Supremal per intraprendere l’avvio di una linea di produzione di supporti di elettronica stampata. Nella prospettiva di una commercializzazione della piattaforma SERS, anche Marwan Technology potrà efficacemente ricoprire il ruolo di fornitore della strumentazione dedicata per diagnosi dell’Alzheimer. Contemporaneamente, l’esperienza presente nell’azienda permetterà di sfruttare i risultati progettuali e convogliarli verso la commercializzazione di nuovi dispositivi di analisi di malattie neurodegenerative. Il valore aggiunto di procedere insieme, lato ricerca e lato impresa, è evidente.

Che cosa vi aspettate in termini di risultati?
Sulla base delle conoscenze scientifiche attuali, i biomarcatori dell’Alzheimer subiscono cambiamenti transitori e progressivi durante le prime fasi della malattia; attraverso un monitoraggio di questi cambiamenti può essere realizzata un’analisi accurata. La combinazione di sensibilità e selettività della tecnica SERS, unita all’utilizzo di substrati assemblati a base di grafene e metalli nanostrutturati, può offrire una soluzione risolutiva per un’efficace analisi quali-quantitativa delle specie tossiche amiloidi durante la loro evoluzione. Dunque il principale risultato che ci aspettiamo è l’implementazione di un sistema efficace e affidabile per la diagnosi precoce del morbo di Alzheimer. Poi, come dicevo, vorremmo arrivare alla messa a punto di un dispositivo low-cost ottimizzato per l’acquisizione del segnale SERS di biomarcatori in vista di un trasferimento in ambito clinico della piattaforma diagnostica.

Secondo lei in quali termini e con che tempi questi risultati potrebbero avere una ricaduta diretta sulle persone e sul Servizio Sanitario? Oggi l’affidabilità della diagnosi di Alzheimer è ancora largamente dipendente dai criteri clinici utilizzati e dai test neuropsicologici di laboratorio. La strategia che proponiamo è in grado di offrire un’analisi diretta, rapida, economicamente sostenibile, di semplice utilizzo e a elevata sensibilità. Oltretutto non richiede l’utilizzo di reagenti né label specifici per l’analisi quali anticorpi, riducendo quindi la complessità e i costi. Complessivamente, la proposta rispetta i parametri di sostenibilità finanziaria e possiede una rilevanza socio economica importante visto che mira a sviluppare, da un lato, una piattaforma di analisi clinica di tipo low-cost, ma al contempo è in grado di ridurre in modo sostanziale i costi di assistenza ospedaliera e specialistica. Da una solida base tecnologica per la diagnosi precoce dell’Alzheimer derivano i presupposti indispensabili per un’implementazione clinica del nostro sistema.

Il bando regionale FAS Salute. Supremal è uno dei 16 progetti finanziati dalla Regione Toscana sul Bando FAS Salute 2014, emanato nell'ambito della linea 1.1.2 del PAR FSC (ex FAS)
2007-2013, per sostenere la ricerca in materia di qualità della vita, salute dell'uomo, biomedicina e farmaci innovativi. Complessivamente la Regione trasferirà ai beneficiari che si sono aggiudicati il co-finanziamento pubblico oltre 14 milioni di euro.

 
FOTO: Nella foto i partner del progetto Supremal in occasione del kickoff meeting che si è tenuto martedì 5 aprile.
 
 

Categoria: News

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