Nanomedicina, quali sono le nanotecnologie più usate e a cosa servono

La nanotecnologia è un campo della scienza che si occupa di materiali estremamente piccoli, in genere nella scala di pochi nanometri. L’utilizzo delle nanotecnologie applicate alla medicina viene definito nanomedicina: finora è stata utilizzata per trattare condizioni come il cancro e alcune malattie cardiovascolari. Quando parliamo di nanotecnologie o nanomedicina, probabilmente è facile immaginare un esercito di minuscoli robot senzienti che corrono a sistemare danni o a distruggere tumori. Tuttavia la realtà è abbastanza diversa. Ma allora come funzionano esattamente queste nanoparticelle, e quali sono i principali utilizzi nell’ambito della medicina?

Cosa sono le nanoparticelle?

Le nanoparticelle sono particelle incredibilmente piccole, molto più piccole di una cellula umana. Per dare una vaga idea delle dimensioni, se immaginiamo una cellula umana come un grattacielo, una nanoparticella sarebbe delle dimensioni di un singolo mattone.

Quando i farmaci vengono somministrati sotto forma di nanoparticelle, possono essere indirizzati a specifiche aree del corpo, esattamente dove ce n’è bisogno, rendendo possibile utilizzare dosi minori, riducendo gli effetti collaterali e potenziando gli effetti terapeutici. Ciò è particolarmente importante quando si ha a che fare con farmaci molto tossici, come alcuni chemioterapici utilizzati nel trattamento del cancro, i cui effetti collaterali possono essere estremamente duri per i pazienti.

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Le nanoparticelle più usate in ambito medico

Vediamo ora non solo quali sono le nanoparticelle più utilizzate ma anche come funzionano.

Micelle

Le micelle sono nanoparticelle di circa 10-100 nm, composte da molecole dette anfifiliche. Queste molecole hanno una porzione che si trova bene in acqua, detta idrofila, ed una che non va d’accordo con l’acqua, detta idrofoba. Quando queste molecole si trovano in acqua, tendono ad aggregarsi tra di loro in delle sfere, con le teste idrofile rivolte verso l’esterno e le code idrofobe rivolte verso l’interno. Vengono utilizzate principalmente per trasportare farmaci non solubili in acqua all’interno del corpo, incorporandoli al centro delle micelle stesse.

Liposomi

Si tratta di vescicole sferiche composte da doppi strati lipidici, simili alle membrane cellulari. Queste particelle sono molto versatili, poiché possono essere funzionalizzate con anticorpi, proteine o polimeri per riconoscere ed essere riconosciute da diversi tessuti del corpo e consegnare grosse molecole come gli acidi nucleici.

Dendrimeri

Sono macromolecole composte da svariate ramificazioni che partono da un nodo centrale. Le ramificazioni possono essere funzionalizzate per modificarne le caratteristiche chimico-fisiche e quindi il modo in cui si comportano all’interno del corpo. In questo caso i farmaci possono essere incapsulati all’interno del dendrimero o sulle sue ramificazioni esterne.

Nanotubi di carbonio

Sono molecole cilindriche composte da singoli foglietti di carbonio (detto grafene) arrotolati . Possono essere utilizzati come trasportatori di medicinali, grazie alla loro ampia superficie esterna, oppure come mezzo di contrasto o sensori biologici, grazie alle loro particolari caratteristiche ottiche, meccaniche ed elettroniche.

Nanoparticelle metalliche

Queste nanoparticelle sono composte da un core metallico centrale, come ossido di ferro o oro, che viene poi funzionalizzato sulla superficie esterna. Possono essere utilizzate come mezzo di contrasto, biosensori ottici o mezzi di trasporto di farmaci.

Quantum dots

Sono nanocristalli di elementi semiconduttori, principalmente utilizzati nell’imaging medico grazie alle loro caratteristiche ottiche.

Applicazione delle nanoparticelle in medicina

Quindi, come vengono utilizzate queste nanoparticelle in medicina?

Imaging medico

La maggior parte delle molecole attualmente utilizzate come mezzo di contrasto nelle varie tecniche di imaging medico sono piccole, vengono metabolizzate in fretta e sono scarsamente selettive nella distribuzione nei vari tessuti. L’uso di nanotecnologie nell’ambito dell’imaging medico  ha permesso di sviluppare mezzi di contrasto più efficaci e con minore tossicità, i quali riescono a rimanere nel sito sotto analisi più a lungo, fornendo immagini dell’interno del corpo con una risoluzione migliore.

Dispositivi diagnostici

Questi dispositivi, come le telecamere interne nanoscopiche sottoforma di capsule, possono fornire immagini in tempo reale dell’interno del corpo tramite la semplice ingestione, ad esempio per identificare possibili emorragie. Nel futuro questi dispositivi potrebbero addirittura incorporare sensori per il pH, per la temperatura o per l’identificazione di virus e batteri.

Drug delivery

Come abbiamo visto, le nanoparticelle possono essere utilizzate per veicolare farmaci specificamente dove ce n’è bisogno. Esistono già diversi farmaci che sfruttano queste particelle. Un esempio è il Doxil®, il primo nanofarmaco approvato dalla FDA (Food and Drug Administration) usato per trattare il cancro al seno. Doxil è una forma farmaceutica che incorpora il principio attivo doxorubicina all’interno di liposomi per consegnarlo direttamente alle cellule tumorali. Poiché il rilascio del farmaco è mirato, può essere somministrato a dosi inferiori rispetto alla chemioterapia tradizionale, riducendo drasticamente il rischio di effetti collaterali.

Pro e contro della nanomedicina

La nanotecnologia è un campo in rapido sviluppo che ha il potenziale per rivoluzionare la medicina. Utilizzando le nanoparticelle per somministrare farmaci o come mezzi di contrasto è possibile migliorare l'efficacia dei trattamenti riducendo al minimo gli effetti collaterali. Naturalmente, come ogni nuova tecnologia, esistono potenziali rischi associati all'uso della nanotecnologia nei farmaci. Una preoccupazione è che le nanoparticelle potrebbero accumularsi nel corpo nel tempo, causando tossicità, e il fatto che l’interazione di alcuni nanomateriali con le molecole biologiche non è ancora del tutto chiara.

Sebbene esistano quindi alcuni rischi associati a questa tecnologia, le sue potenzialità sono enormi ed addirittura difficili da immaginare, ma la ricerca in corso sta spingendo affinché si possa  garantire che la nanomedicina possa essere utilizzata in modo sicuro ed efficace in un futuro non troppo remoto.