I diamanti, presto i migliori amici dei virologi
I radicali liberi sono molecole contenenti uno o più elettroni disaccoppiati nella propria membrana esterna caratterizzate da una minore stabilità e una maggiore reattività. Queste entità comprendono solitamente specie reattive dell’ossigeno e specie reattive dell’azoto, che a basse concentrazioni esercitano effetti benefici su determinati processi cellulari, come le risposte immunitarie. Ad esempio, i fagociti rilasciano radicali liberi per uccidere gli agenti patogeni invasori, un procedimento che è parte integrante del meccanismo di difesa messo in atto dal corpo. L’ossido nitrico funge da messaggero intercellulare in importanti cascate di segnalazioni cellulari ed è in grado di regolare il flusso sanguigno. Ciononostante, il ruolo dei radicali liberi nella patogenicità virale è soggetto a opinioni contrastanti, il che comporta la necessità di effettuare un’analisi più dettagliata (a elevata risoluzione spaziotemporale) della cinetica dei radicali liberi nelle infezioni virali.
La magnometria basata sui diamanti per la misurazione dei radicali liberi
Il progetto MagnetoVirology, intrapreso grazie al supporto del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie (MSCA), ha studiato l’interazione esistente tra radicali liberi e virus. La ricerca si è incentrata sul Semliki forest virus, solitamente rilevato in Africa. «Il nostro obiettivo principale era misurare il carico di radicali liberi durante l’infezione virale avvalendoci di una metodologia altamente promettente, ovvero la magnometria basata sui diamanti», spiega Romana Schirhagl, che ha ospitato il progetto presso il dipartimento di Ingegneria biomedica del Centro medico universitario di Groninga. Questa tecnica fa affidamento sulle proprietà dei diamanti: questi minerali sono convenzionalmente costituiti da vari atomi di carbonio, ciascuno dei quali è legato ad altri quattro atomi dello stesso tipo in modo da formare un reticolo cristallino. Quando un atomo di carbonio all’interno del cristallo viene sostituito da un atomo di azoto e manca il carbonio adiacente si origina un centro azoto-lacuna (NV, nitrogen-vacancy), che può essere sfruttato nelle applicazioni biomediche. Il centro NV è dotato di proprietà ottiche e può essere eccitato con un laser verde per emettere luce rossa. L’intensità della luminescenza delle particelle di diamante dipende dal numero di centri NV presenti. I radicali liberi hanno una vita breve, sono reattivi ed è difficile misurarli mediante tecniche convenzionali. «La magnometria basata sui diamanti offre sensibilità e risoluzioni incomparabili e la possibilità di effettuare misurazioni in tempo reale di lunga durata. Inoltre, essa fornisce l’opportunità di visualizzare il modo in cui la cellula viene sollecitata dalla carica virale», sottolinea Schirhagl.
La valutazione e la diagnosi nelle cellule viventi
I ricercatori sono riusciti a misurare i radicali liberi nelle cellule infette. Nei campioni del liquido sinoviale estratto da pazienti affetti da artrite, inoltre, essi sono stati in grado di differenziare le diverse tipologie di infezione. Gli sforzi futuri saranno incentrati sull’implementazione della magnometria basata sui diamanti per la valutazione della gravità delle infezioni virali che colpiscono i polmoni. MagnetoVirology dimostra, per la prima volta, un’applicazione di successo della magnometria basata sui diamanti nella virologia, aprendo nuove possibilità per lo sfruttamento medico e farmaceutico. Schirhagl osserva: «La tecnica in quanto tale è piuttosto nuova, per cui già il fatto di averla impiegata in modo efficace in un ambiente biologico caratterizzato dal movimento di vari sensori è stato un risultato notevole». Attualmente l’azienda spin-off del progetto, Diamond Sense, che punta all’implementazione della magnometria basata sui diamanti nel settore della diagnosi, sta effettuando miglioramenti a livello tecnologico nella velocità di acquisizione. Oltre a far incrementare la comprensione delle malattie, questo approccio può contribuire a spiegare l’impatto esercitato dai virus o il modo in cui rispondiamo in modo migliore a un farmaco. Le aziende farmaceutiche lo possono inoltre trovare utile per finalità legate allo sviluppo di farmaci, allo scopo di associare la loro efficacia al carico di radicali liberi nelle cellule infette.
Parole chiave
MagnetoVirology, magnetometria basata sui diamanti, virus, virale, infezione, radicali liberi
