La crescente vulnerabilità della sanità contemporanea è il risultato di una combinazione di fattori, tra cui l’aumento dell’incidenza delle patologie croniche, la diffusione di epidemie su scala globale, le disuguaglianze sociali, l’inquinamento ambientale e il riscaldamento climatico.
Questi fattori generano effetti sistemici che richiedono strategie di risposta innovative, adattive e proattive, basate sulla multidisciplinarietà, prevenzione, medicina di precisione e sul concetto di versatilità tecnologica dato il contesto globale sempre più interconnesso. Parallelamente, cresce l’attenzione verso temi emergenti quali la green health, la sostenibilità dei sistemi sanitari e la biosicurezza, per garantire equità e sicurezza ai cittadini.
La sanità è sempre più vulnerabile per l’aumento delle cronicità, le epidemie globali, le disuguaglianze sociali e l’impatto di inquinamento e cambiamento climatico
È proprio dal concetto di multidisciplinarietà che si avvia l’intervista a Luciano De Sio, Professore associato del Dipartimento di Scienze e Biotecnologie Medico-Chirurgiche della Sapienza, Università di Roma.
«Io mi muovo in un contesto estremamente multidisciplinare, sono un fisico, però lavoro all’interno di un dipartimento di medicina. Il concetto di essere multidisciplinare si addice per definizione a quella che è un po’ la mia posizione, la mia vocazione».
La multidisciplinarietà rappresenta quindi una condizione necessaria: «Io mi accorgo che nel mio laboratorio, ho bisogno del fisico, del chimico, del biologo, del medico, del farmacista. Ognuno ha il suo ruolo e uno da solo potrebbe fare poco o niente», sottolinea De Sio.
Usando proprio la multidisciplinarietà come filo conduttore, cardine della nanobiofotonica, Luciano De Sio affronta tutti i concetti citati prima, legati alle nuove strategie di sicurezza sanitaria, illustrando la tecnologia sviluppata dal suo gruppo di ricerca.
Data la complessità della sanità moderna si è sempre più orientati alla medicina di precisione. L’uso dei laser in medicina è una tecnica abbastanza consolidata, soprattutto nell’oftalmologia e dermatologia, ma, come spiega De Sio, «non basta avere un laser sofisticato in quanto non è molto preciso. C’è bisogno di utilizzare dei soggetti laser come armi aggiuntive, in quanto quella che va per la maggiore è la multiterapia, cioè la combinazione di più approcci, ma bisogna assicurarsi che la sorgente possa effettivamente agire sul sito target senza andare a danneggiare i tessuti circostanti».
«Da qui nasce il connubio tra luce e nanomateriale», spiega De Sio, «sfruttando il concetto di nanobiofotonica, cioè la combinazione sinergica tra le nanotecnologie e la fotonica integrata con la biologia per operare nel campo sia della medicina di precisione, ma anche nel campo della prevenzione precoce».
La tecnologia è quindi basata sull’utilizzo di nanomateriali che, come definisce De Sio, «sono degli oggetti dell’ordine dei nanometri, e si possono produrre con diversi materiali. In questo caso particolare parliamo di nanoparticelle metalliche, nello specifico di oro e di argento a causa della loro biocompatibilità e capacità di assorbire la luce vicino al rosso in modo selettivo».
I laser sono già ampiamente usati in medicina, ma per essere efficaci e sicuri devono essere integrati in approcci di multiterapia che garantiscano un’azione mirata sul bersaglio, senza danneggiare i tessuti circostanti
Le nanoparticelle nascono da un processo di sintesi chimica. Il problema è che «le nanoparticelle appena concepite sono disperse in acqua ed è necessario farle diventare dry e depositarle su una superficie per farle funzionare».
«La nanoparticella si deve sentire da sola», chiarisce De Sio «quando capisce che vicino ha un’altra nanoparticella, cambia la sua proprietà».
Il laboratorio ha quindi sviluppato un processo di auto-organizzazione che sfrutta la tecnologia layer by layer in modo tale che, attraverso l’attivazione elettrostatica della superficie mediante dei polimeri e una successiva immersione in una soluzione di nanoparticelle, le particelle si dispongano spontaneamente alla giusta distanza, senza interferire tra di loro. «Immaginiamo di avere una superficie con un sacco di antennine, ognuna si prende la sua di riferimento e siccome i legami elettrostatici non possono stare troppo vicini, perché non si piacciono l’uno con l’altro, si mettono da soli e si organizzano ad una distanza tipica».
Un aspetto cruciale è la forma delle nanoparticelle, come conferma De Sio, «non deve essere né troppo piccola né troppo grande, più è anisotropa, più punte ha e più riesce ad entrare, ad esempio, nella cellula tumorale».
Il principio alla base del funzionamento della tecnologia è semplice: «Abbiamo nanoparticelle d’oro che vengono opportunamente ingegnerizzate, funzionalizzate con dei recettori che in modo univoco e selettivo riconoscono il sito target minimizzando quelli che si chiamano effetti off target».
La terapia su cui lavora il gruppo di De Sio è una fototermia di precisione, che consente una vera e propria ablazione mirata del tumore
La terapia descritta si riferisce alla terapia fototermica di precisione, una «vera e propria ablazione del tumore», anche citata nella ricerca Nanoparticelle d’oro per cuocere i tumori, spiega De Sio, «attivando un tricker laser e, siccome usiamo radiazioni laser che sono trasparenti, lavoriamo in quella che si chiama prima finestra biologica, la cellula che non ha la nanoparticella che risente di quella radiazione esterna è imperturbata, nel senso che non genera nulla. Invece la cellula adiacente che ha la nanoparticella di oro riconosce la radiazione laser, la assorbe in modo selettivo e produce calore che determina l’ablazione tumorale».
La tecnologia è stata inizialmente testata su cellule di glioblastoma, uno dei tumori più aggressivi caratterizzato da un’elevata resistenza al calore, opzioni terapeutiche limitate e alta probabilità di recidiva. Nonostante ciò, la tecnica proposta ha mostrato risultati promettenti.
Successivamente, si è iniziato a cambiare linee cellulari includendo cellule di melanoma, breast cancer triplo negativo e neuroblastoma, confermando l’efficacia della tecnologia.
«È chiaro che l’approccio è abbastanza universale», spiega De Sio, «quello che tipicamente cambia è la funzionalizzazione anche se studi recentissimi dimostrano che anche con la funzionalizzazione migliore in assoluto, la percentuale di nanoparticelle che arriva al target è prossima al 3-4%».
Proprio per questo motivo si stanno studiando nuove strategie per raggiungere il target desiderato attraverso l’inalazione delle nanoparticelle e le guide endoscopiche con cui iniettare le nanoparticelle direttamente in situ.
Altro grande filone di ricerca è orientato verso la detection precoce, in quanto «il modo migliore per sconfiggere un tumore è quello di prevenirlo», come sottolinea De Sio.
Sono stati sviluppati biosensori, «che sfruttano sempre delle nanoparticelle d’oro che vengono attivate con dei recettori per riconoscere dei marker di interesse e poter presagire la presenza di una patologia attraverso un cambiamento colorimetrico, proporzionale alla concentrazione dei blasti», come nel caso dei nanosensori in fibra per migliorare la diagnosi del tumore della tiroide.
Altro grande filone di ricerca è orientato verso la detection precoce
Il gruppo di ricerca si muove anche nel campo ambientale supportando il programma lato SPS della Nato. Infatti, come chiarisce De Sio, «lavoriamo sul tema della biocontaminazione».
Questo aspetto riguarda tematiche non solo di salute ma, come definisce De Sio, «di biosicurezza perché le nuove “guerre” possono essere condotte in modo indolore, incolore e a basso costo, inquinando l’acqua potabile con batteri molto pericolosi».
Il gruppo di ricerca ha inoltre sviluppato dispositivi per la protezione individuale e per gli operatori sanitari proponendo delle mascherine FFP2 sulla cui superficie è presente un sensore che rivela se ci sono batteri o virus nell’ambiente circostante attraverso un cambio colorimetrico visibile ad occhio nudo. Inoltre, possono essere disinfettate con una lampadina o una semplice torcia dello smartphone. La stessa tecnologia è stata applicata anche nel campo delle energie rinnovabili per la realizzazione di una cella solare.
Il gruppo di ricerca si muove anche nel campo ambientale e in particolare nella biocontaminazione
Nonostante ciò, uno dei principali limiti dei laboratori di ricerca in Italia è la debolezza del trasferimento tecnologico. Come afferma De Sio, «il mondo dell’università e dell’industria non si parlano». Per superare questo problema, il gruppo ha creato la Water Warning, una start up firmata Sapienza. «I dottorandi diventeranno dei giovani imprenditori industriali delle tecnologie che hanno creato. Chi più di loro può credere in qualcosa che hanno creato loro stessi?», dichiara De Sio.
La start up lavorerà principalmente nel settore della biosicurezza e della disinfezione. De Sio sottolinea che «sfruttando soltanto una semplice lampadina, una semplice torcia dello smartphone è possibile, grazie alle nanotecnologie, sanificare ad esempio una sala operatoria». Un approccio quindi che apre prospettive rilevanti anche nella lotta alla resistenza agli antibiotici.
De Sio rassicura sui costi della tecnologia: le percentuali di oro usate sono minime, quindi «il costo potrebbe essere sui 10/20 €. Quello che attualmente impatta di più sui costi è il tempo di fabbricazione, di circa 18/20 ore, che si può facilmente abbattere con uno scale up».
Inoltre, questa tecnologia sembra compatibile con le diverse realtà sanitarie in quanto, come spiega De Sio, «il fisico medico c’è già negli ospedali, si tratta solamente di farlo entrare in una sala operatoria e affiancarlo al chirurgo, al clinico, all’anestesista in modo da creare un team multidisciplinare».
Versatilità e sostenibilità sono due elementi chiave della nuova tecnologia, e De Sio ci tiene a sottolinearlo: «Riusciamo ad andare da un mondo all’altro semplicemente cambiando un po’ l’architettura, ma mantenendo invariata la tecnologia. La pandemia ci ha dimostrato che non c’è il tempo di sviluppare nuove tecnologie perché tempo significa migliaia e migliaia di vite umane. Quindi, la ricerca di base deve rispondere alla versatilità, concetto ormai integrato in tutti i nostri progetti di ricerca». Inoltre, aggiunge: «Tutti i nostri dispositivi sono facilmente riutilizzabili grazie a dei processi di pulizia ottica con luce che riducono l’impatto ambientale».
Siamo quindi di fronte ad una nanotecnologia innovativa, sostenibile, accessibile, integrata e versatile, esempio concreto di come investire nella ricerca possa tradursi in valore pubblico offrendo risposte concrete alle sfide sanitarie contemporanee.
