Dispositivi diagnostici nanostrutturati per il monitoraggio di biomarcatori nelle malattie tumorali

In questo progetto saranno preparate e caratterizzate da un punto di vista chimico-fisico eterostrutture multifunzionali formate da nanocristalli (NC) colloidali di TiO2 e nanoparticelle (NP) colloidali di metalli nobili o nanostrutture a base di carbonio (nanotubi di carbonio, grafene). Questi materiali saranno impiegati per la fabbricazione di elettrodi modificati chimicamente che verranno integrati, come trasduttori innovativi, in biosensori nanostrutturati elettrochimici e fotoelettrochimici per analisi rapide, a basso costo, altamente specifiche, sensibili, multiplexed e on-site di biomarkers tumorali in tessuti e in fluidi biologici. L'attività di ricerca sarà focalizzata sulla determinazione di piccoli RNA non codificanti (microRNA o miRNA), specifici di cellule tumorali (es miRNA-21, miRNA-205 etc). I microRNA sono molecole endogene di RNA, conservate durante l'evoluzione, di circa 22 nucleotidi di lunghezza, che funzionano come regolatori genici posttrascrizionali. Il loro profilo di espressione sembra essere tessuto/cellula specifico e dipendente dallo stato di malattia. Singoli miRNA sono in grado di regolare l'apoptosi e la proliferazione cellulare e modulare la risposta alla chemioterapia. Ne deriva che la loro determinazione è potenzialmente utile nella diagnosi e nella terapia di varie forme tumorali. Le tecniche generalmente impiegate per l'analisi dei microRNA sono la qRT-PCR, i microarray e le tecniche di sequenziamento. Questi metodi producono una serie di dati che sono fondamentali per interpretare la malattia ed indirizzare la terapia, ma sono metodi complessi che prevedono il trattamento dei dati e l'utilizzo di informazioni sul paziente. Una piattaforma tecnologica sensibile e rapida è quindi necessaria per soddisfare i requisiti di diagnosi rapida e on-site. Contestualmente, saranno analizzate anche proteine coinvolte nell'esordio e progressione delle diverse forme tumorali (es. HER2, TNF-alfa, etc). La determinazione simultanea di un panel di biomarkers, infatti, non solo è molto importante per una diagnosi precoce della malattia tumorale, ma anche per l'enorme potenzialità di questo tipo di misura nella valutazione del successo o insuccesso terapeutico (prognosi) e nella guida verso una terapia personalizzata. La realizzazione di trasduttori nanostrutturati svolgerà un ruolo centrale in quest'attività di ricerca. I trasduttori nanostrutturati, infatti, offrono una maggiore sensibilità in confronto a quelli tradizionali, dovuta all'incremento del rapporto superficie/volume che garantisce un'elevata densità di siti attivi per il chemiadsorbimento di specie molecolari e alla modulazione delle proprietà optoelettroniche con la dimensione e forma. I materiali nanostrutturati verranno preparati mediante tecniche di sintesi innovative, in grado di controllarne forma, dimensione e fase cristallina. Inoltre, verranno modificati in superficie con molecole organiche in grado di disperderli in solventi e al contempo legare biorecettori innovativi (acidi nucleici e aptameri) e selettivi per gli analiti proposti. L'immobilizzazione dei biorecettori verrà studiata e ottimizzata in modo da ottenere specifici protocolli di immobilizzazione. Infine, i nanomateriali bioconiugati verranno integrati in piattaforme elettrochimiche, anche impiegando polimeri conduttori. La misura elettrochimica, infatti, facilita la realizzazione di dispositivi diagnostici semplici e poco costosi. L'analisi multiplexed sarà ottenuta impiegando formati analitici multiarray nei quali gli analiti saranno catturati da biorecettori immobilizzati e rivelati mediante una seconda serie di sonde marcate con opportuni traccianti. Verranno sviluppati e testati materiali nanostrutturati anche nella fase di marcatura.