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Dalla somministrazione di farmaci mirati verso cellule specifiche, alla medicina rigenerativa per pazienti con insufficienza d’organo o lesioni gravi. La nanomedicina apre numerosi percorsi per migliorare diagnosi e terapie mediche per curare diverse patologie, quali cancro, Alzheimer, morbo di Parkinson, e diabete.
Mentre si è ancora lontani da una cura, il numero di pazienti aumenta in proporzione all’invecchiamento della popolazione, ponendo seri interrogativi sulla gestione dei costi per l'assistenza a lungo termine.
In questo senso, le scoperte che la nanomedicina può liberare costituiscono le basi per un deciso cambio di rotta.
La nanomedicina prevede l'applicazione medica delle possibilità derivanti dalle nanotecnologie e quindi di tutte quelle conoscenze, strumenti e tecnologie che permettono di osservare e manipolare la materia su scala nanometrica (1-100 nm). Per questo motivo, suscita grandi aspettative in milioni di pazienti che sperano in un trattamento sempre più efficace ed economico.
Le applicazioni della nanotecnologia
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Le nanoscienze e le nanotecnologie comprendono un vasto campo di ricerca caratterizzato da una crescente collaborazione transdisciplinare tra fisici, chimici, biologi e ingegneri, in cui le diverse discipline scientifiche tradizionali convergono a livello molecolare e atomico.
Da un lato, la nanotecnologia consente di concentrarsi nello studio del corpo umano su biomarcatori che possono essere identificati a livello molecolare, tra cui DNA, RNA e proteine, e che possono indicare processi biochimici di base in cellule sane o malate. L’idea è che a questo livello molecolare non solo sarà possibile sviluppare una migliore comprensione della salute e della malattia, ma utilizzare i biomarcatori come strumento per individuare le malattie il più presto possibile, fino al punto di rilevare singole cellule difettose o biomarcatori predittivi dell’insorgenza della malattia.
Dall’altro lato, la nanotecnologia contribuisce alla progressiva miniaturizzazione dei dispositivi, che sempre più consentirà il monitoraggio regolare (persino continuo) e l’adeguamento del funzionamento corporeo degli individui, sia in vitro che in vivo.
Entrambe le tendenze non sono abilitate in via esclusiva dalle nanotecnologie, ma si basano fortemente sulle tecnologie dell’informazione e della comunicazione (ICT) per l’acquisizione, analisi, modellazione e condivisione dei dati.
La nanomedicina crea anche nuove opportunità di trattamento medico, che prevedono l’uso del nano-incapsulamento per il rilascio di farmaci mirati e l’uso di nanoparticelle per terapie meno invasive o come farmaci più efficaci.
Un’altra prospettiva è la nanotecnologia ricostruttiva (rigenerativa), che mira alla riparazione tissutale e al ripristino delle funzioni corporee mediante l’utilizzo di “biomateriali intelligenti” e l’uso di cellule staminali come agenti per terapie cellulari.
Il ruolo dei biomarcatori
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I biomarcatori sono identificati dalla ricerca epidemiologica molecolare (spesso attivata da enormi biobanche) che cerca relazioni tra specifiche caratteristiche molecolari e l’insorgere di una malattia.
La ricerca sul genoma umano è solo una delle nuove fonti di informazioni biologiche emergenti, che ha il potenziale per rivoluzionare l’assistenza sanitaria, includendo anche altri dati molecolari, come i dati epigenetici, proteomici o metabolomici.
Idealmente, i biomarcatori possono essere usati per ricostruire quella che viene chiamata “via molecolare” o “rete molecolare”, la serie di reazioni biochimiche in una cellula, che può essere il punto di partenza per la ricostruzione di un “percorso patologico”, la catena di eventi che porta a sintomi.
Il modello implicito della malattia alla base di questo tentativo di ricostruzione dei processi patologici è quello di una cascata: i cambiamenti molecolari nella cellula portano a cambiamenti a livello cellulare, trasformando il funzionamento dei tessuti e degli organi e nel frattempo causando sintomi, segni ed esperienze soggettive di “non-benessere”.
In questo modo, in una serie di passaggi, micro-cambiamenti possono condurre a cambiamenti sempre più grandi, che alla fine hanno conseguenze molto gravi per la salute individuale. Un simile modello concepisce la malattia come un processo che si evolve nel tempo e che si estende gradualmente nello spazio corporeo.
Pertanto, suggerisce la necessità di un intervento precoce, poiché una cascata liberamente scorrevole è molto difficile da fermare. E siccome le manifestazioni della malattia diventano sempre più collegate ai biomarcatori che indicano percorsi patologici specifici a livello molecolare, tali biomarcatori possono essere utilizzati come predittori di un aumento del rischio e possono consentire il monitoraggio regolare dello stato di salute durante il corso della vita di un individuo.
Nanotecnologie diagnostiche
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La diagnosi precoce della malattia è consentita da due tipi di nanotecnologie diagnostiche:
- Test in vitro per identificare le molecole associate a una specifica malattia (biomarcatori) utilizzando biosensori;
- Misurazione in vivo di molecole specifiche associate a una malattia specifica (biomarcatori) utilizzando tecniche di imaging o sensori incorporati nel corpo.
Uno dei più grandi successi nel campo delle nanotecnologie è il LAB-ON-A-CHIP, traducibile come “laboratorio diagnostico su chip”: un laboratorio delle dimensioni di un francobollo, con canali microscopici, per condurre analisi chimiche e fisiche di una goccia di sangue. Tale analisi può essere facilmente eseguita con un dispositivo diagnostico portatile che restituisce un risultato in pochi minuti.
Lo sviluppo di sensori su nano-scala, meccanici, elettrici o ottici e la loro integrazione in dispositivi micro-scala offre un enorme potenziale per dispositivi economici e portatili, che possono essere utilizzati al di fuori del laboratorio o dell’ospedale, da personale medico o direttamente dai pazienti in home-care e telemedicina.
Le nanotecnologie svolgono un ruolo cruciale in questa tendenza al decentramento, contribuendo alla miniaturizzazione della tecnologia e allo sviluppo di ambienti intelligenti; in questo modo, contribuisce anche ad aumentare le possibilità di monitoraggio permanente della salute individuale.
L’imaging molecolare è un esempio di misurazione in vivo basata sull’uso di nanoparticelle, impiegate come agenti di contrasto che si legano a specifici biomarcatori che in questo modo possono essere resi visibili nel corpo. L’imaging molecolare con MRI, SPECT, PET e altre tecniche fornisce una risoluzione ed una sensibilità assai migliori rispetto ai tradizionali metodi di imaging.
Un altro esempio di test in vivo è lo sviluppo di cosiddetti sensori bagnati, di tipo invasivo, da introdurre nel corpo o nel cervello dei pazienti. Attualmente, attraverso un chip sottocutaneo che trasmette informazioni in modalità wireless ad un'unità IT, è possibile misurare la temperatura corporea, profili glicemici ed altri parametri fisiologici.
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