Il potenziale dinamico dei materiali 2D immuno-sicuri nelle applicazioni biomediche
I materiali bidimensionali (2D) si sono dimostrati strumenti potenti nella ricerca biomedica grazie alle loro proprietà strutturali e funzionali straordinarie. Generalmente la loro struttura include strati sottili, che presentano un’area superficiale eccezionale, una conducibilità elettrica elevata, resistenza meccanica e caratteristiche chimiche regolabili. Questi materiali sono anche biocompatibili e in grado di interagire con molecole e cellule biologiche. Nel complesso, queste proprietà rendono i materiali 2D altamente versatili e adattabili a una serie di applicazioni sanitarie, dalla somministrazione mirata di farmaci al biorilevamento, dall’ingegneria dei tessuti alla medicina rigenerativa.
Interazione di MXene con il sistema immunitario
Realizzato con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto SEE si è concentrato sugli MXeni, strutture 2D composte da carbonio e metalli di transizione con un alto potenziale biomedico. Gli MXeni possono modulare il sistema immunitario e interagire con esso a seconda dell’applicazione. Per questo motivo, potrebbero essere usati per promuovere un’attivazione immunitaria benefica, ad esempio nella guarigione delle ferite, dove le cellule immunitarie svolgono un ruolo vitale nella riparazione dei tessuti. Al contrario, nel caso delle patologie che richiedono una soppressione immunitaria, gli MXeni potrebbero contribuire ad alleviare l’infiammazione. Queste doppie capacità degli MXeni, tuttavia, sollevano preoccupazioni in merito alle risposte infiammatorie dannose o a altri effetti immunitari avversi. «Il nostro obiettivo era studiare come gli MXeni interagiscono con le cellule immunitarie e quelle cutanee, in modo da progettare materiali sicuri per l’uso clinico», spiega Lucia Gemma Delogu, che ha supervisionato il progetto.
Tecniche avanzate per la valutazione della sicurezza degli MXeni
Il progetto SEE ha utilizzato una serie di tecniche sofisticate per valutare le interazioni con gli MXeni. Alcuni campioni ex vivo e in vivo con cellule immunitarie primarie, insieme a modelli di pelle umana, hanno fornito dati fondamentali sulla citotossicità, sull’attivazione delle cellule immunitarie e sul rilascio di citochine. Per ottenere risultati precisi e ad alta risoluzione, il progetto ha impiegato la citometria di massa monocellulare a tempo di volo CyTOF, che sfrutta anticorpi marcati con metalli per analizzare molteplici marcatori cellulari ed eseguire il profilo delle cellule immunitarie. Il gruppo di ricerca ha combinato la CyTOF con l’immaginografia a fascio ionico a tempo di volo (MIBI-TOF) per visualizzare gli MXeni all’interno dei tessuti e determinarne la distribuzione e le interazioni cellulari. Grazie all’uso pionieristico di CyTOF e MIBI-TOF in una strategia senza marcature chiamata LINKED, il progetto SEE ha definito un nuovo standard per l’analisi ad alta produttività di singole cellule e per la valutazione della biocompatibilità dei materiali 2D. Questo approccio ha permesso al gruppo di ricerca di esaminare le interazioni con gli MXeni in svariati tipi di cellule e tessuti, offrendo così una prospettiva particolare sul potenziale degli MXeni in ambito clinico. Gli MXeni hanno dimostrato biocompatibilità nelle applicazioni cutanee e hanno contribuito alla guarigione delle ferite, senza compromettere la vitalità dei cheratinociti epidermici umani. Questa mancanza di citotossicità è fondamentale per preservare la salute della pelle nelle applicazioni cosmetiche e biomediche.
L’importanza della strategia e le direzioni future
«Le intuizioni generate da LINKED non solo migliorano la comprensione degli MXeni in biomedicina, ma contribuiscono anche alla progettazione di materiali 2D con proprietà immunitarie regolabili», sottolinea Delogu. Il progetto ha suscitato l’interesse di partner industriali, e i risultati preliminari sulla sicurezza degli MXeni hanno portato a una richiesta di brevetto provvisorio, segnando un passo fondamentale verso la commercializzazione. Soprattutto, la tecnica LINKED multiplexata può essere usata per il rilevamento di altri materiali 2D nella ricerca biomedica e in applicazioni che esulano da quelle sanitarie, in ambiti come la catalisi, l’accumulo di energia e l’intelligenza artificiale.
Parole chiave
SEE, MXene, materiali 2D, CyTOF, cellule immunitarie, MIBI-TOF, cellule cutanee