Nanobrain, sottoprogetto inserito nel progetto bandiera NanoMax, nasce dalla collaborazione tra quattro Istituti CNR: Nanoscienze (Nano), Neuroscienze (IN), Officina dei Materiali (IOM) e Istituto Nazionale di Ottica (INO). Questo progetto cerca di unire le importanti competenze che sono presenti nel CNR nell'ambito delle Neuroscienze e delle Nanotecnologie. Per spiegare l'idea alla base di questo progetto è necessaria una premessa: il cervello è isolato chimicamente e biochimicamente dal resto dell'organismo dalla barriera emato-encefalica. A causa di questa difesa, la gran parte dei fattori circolanti nel sangue sono esclusi dal parenchima cerebrale e, d'altra parte, molecole rilasciate dalle cellule cerebrali non possono diffondere al di fuori del cervello. Questa barriera diffusiva influenza sia la possibilità di indirizzare molecole terapeutiche al cervello che la possibilità di rilevare la presenza di marker biochimici di patologie cerebrali. Questo fatto limita fortemente le possibilità di effettuare una diagnostica precoce delle malattie del sistema nervoso centrale e la nostra capacità di intervenire terapeuticamente. In questo progetto vogliamo "aggirare" la barriera emato-encefalica utilizzando nuovi strumenti mediati dal paradigma delle nanotecnologie, sia per rivelare marker patologici nel sangue utili ad una diagnosi precoce, che per portare molecole terapeutiche al cervello.
In questo progetto, sviluppiamo tecnologie avanzate per la rivelazione ultrasensibile di marker del glioblastoma, un tumore cerebrale estremamente aggressivo e dalla prognosi tristemente infausta. La presenza deli marker è rivelata mediante un sensore è funzionalizzato in modo da legare le molecole del ligando in analisi sulla sua superficie. La presenza del ligando è convertito in un segnale macroscopico mediante due diversi approcci. In un caso osserveremo il cambiamento della frequenza di risonanza di una nano-leva fatta oscillare da un campo elettrico esterno. Il secondo approccio prevede la misura del cambiamento dell'indice di rifrazione che avviene alla superficie del sensore a seguito della presenza del ligando sui suoi recettori. Sfruttando fenomeni di risonanza plasmonica questa tecnologia esclusivamente ottica dovrebbe essere in gradi di rivelare la presenza di poche migliaia di molecole. Nella seconda parte di questo progetto studieremo la diffusione di nano particelle polimeriche attraverso la barriera emato-encefalica e la loro diffusione all'interno del cervello e in un modello di glioblastoma impiantato sul topo. Sfrutteremo la fluorescenza molto elevata e stabile di nano particelle di semiconduttori (quantum dots) per marcare le singole nano particelle che saranno studiate mediante microscopia a due fotoni. In questo modello le cellule tumorali saranno marcate mediante l'espressione della proteina verde fluorescente e saremo in grado di studiare la proliferazione e differenziazione del tumore, la formazione dei nuovi vasi necessari per il suo sviluppo e la diffusione delle nano particelle fluorescenti.
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