In base a un recente studio condotto da un team interdisciplinare di ricercatori inglesi, i nanodiamanti sono in grado di segnalare la presenza del virus HIV con una sensibilità maggiore rispetto alle nanoparticelle d'oro normalmente utilizzate in questo genere di test, aprendo così la strada alla diagnosi precoce delle patologie virali ad alto contagio grazie alle proprietà di questo nanomateriale.

TAKEAWAY

• Tra le nanoparticelle, i nanodiamanti stanno sempre più emergendo come materiale dalle proprietà inedite, soprattutto in ambito biologico e medico.
• Un recente studio pubblicato su Nature, condotto da un team interdisciplinare di ricercatori inglesi, ha rilevato che i nanodiamanti sono in grado di segnalare la presenza del virus HIV con una sensibilità maggiore rispetto alle nanoparticelle d’oro, normalmente utilizzate in questo genere di test.
• I risultati dei test sono stati ottenuti in laboratorio, ma il team punta a sviluppare il test in modo che i risultati possano essere letti anche mediante smartphone o lettore portatile a fluorescenza, affinché, in futuro, si possano eseguire test HIV o di altro genere anche in quelle strutture dalle scarse risorse economiche o laddove l’assistenza sanitaria è limitata.
• Partendo dai risultati raggiunti, il gruppo di studio sta ora lavorando all’applicazione delle proprietà dei nanodiamanti ai test anti-Covid e, in futuro, prevede di estendere la ricerca ad altre malattie virali ad alto contagio.

---

Tra le nanoparticelle, i nanodiamanti stanno sempre più emergendo come materiale dalle proprietà inedite, soprattutto in ambito biologico e medico.

Scoperti nel 1963, i nanodiamanti si presentano come polveri dalle dimensioni dei nanometri, dove un nanometro è pari a un milionesimo di millimetro e a un miliardesimo di metro.

Sono costituiti da un nucleo di diamante e sulla superficie più esterna spesso presentano composti organici in grado di aumentarne la dispersibilità in acqua, peculiarità – questa – di rilievo, in quanto ne consente l’applicazione in ambito biologico.

In particolare, numerosi studi nel campo delle nanotecnologie hanno dimostrato la possibilità di posizionare i nanodiamanti all’interno delle cellule del corpo umano (ad esempio, per veicolare farmaci) e, in base alla dimensione del nucleo di diamante e a possibili suoi difetti strutturali, la possibilità di risultare fluorescenti e, dunque, facilmente rilevabili all’interno delle cellule.

In uno studio del 2007, Dean Ho, direttore del Dipartimento di ingegneria biomedica della National University of Singapore, insieme al suo team ha dimostrato la capacità dei nanodiamanti nel veicolare la doxorubicina cloridrato, antibiotico ad azione antitumorale.

E nanodiamanti dopati mediate l’elemento chimico del boro sono stati studiati e utilizzati per la costruzione di biosensori, spesso servendosi di modificazioni superficiali per mezzo di molecole o altre nanoparticelle: in uno studio del 2015, elettrodi di nanodiamanti – modificati con nanoparticelle di argento – sono stati usati come sensori per la tioridazina, un farmaco antipsicotico, ottenendo risultati positivi.

Venendo ai nostri giorni, un recente studio pubblicato su Nature, condotto da un team interdisciplinare di ricercatori dell’UCL (University College London), dell’UCLH (University College London Hospital), ospedale universitario londinese, e dell’University of Oxford, guidato dal London Centre for Nanotechnology dell’UCL, ha messo in luce che i nanodiamanti sono in grado di segnalare la presenza del virus HIV – Human Immunodeficiency Virus con una sensibilità maggiore rispetto alle nanoparticelle d’oro, ampiamente utilizzate nei test HIV. Vediamo di che cosa si tratta.

Nanoparticelle e diagnosi precoce delle malattie virali: l’utilizzo dei nanodiamanti nei test HIV

La maggiore sensibilità dei nanodiamanti nell’ambito dei test HIV, messa in luce da quest’ultimo studio, consente di rilevare cariche virali molto basse del virus.

Più nel dettaglio, i ricercatori hanno utilizzato le proprietà “quantistiche” dei nanodiamanti, vale a dire quelle caratteristiche frutto di una particolare imperfezione di questo nanomateriale: il “centro vacante di azoto” (nitrogen-vacancy center, detto anche NV), uno dei difetti della struttura propria del diamante.

I centri NV – spiegano gli autori della ricerca – hanno molte potenziali applicazioni, dal biomarking fluorescente (in cui un marcatore fluorescente facilita l’identificazione di una proteina o di un anticorpo, associandosi chimicamente a questi e rendendoli visibili) ai quantum bit (o Qubit, unità di misura dell’informazione quantistica) per l’elaborazione delle informazioni nel calcolo quantistico.

I centri NV, dunque, sono in grado di segnalare la presenza di un antigene o di un’altra molecola bersaglio, emettendo una luce fluorescente. In passato, i marcatori fluorescenti avevano dei limiti dovuti ad alcuni fattori, tra cui la fluorescenza di fondo. E tali limiti rendevano difficile – se non impossibile – rilevare basse concentrazioni di proteine virali o di DNA, indici di positività dei test.

Ma le proprietà quantistiche dei nanodiamanti fluorescenti (punto chiave della ricerca inglese) consentono la modulazione selettiva della loro emissione. E questo, nel concreto, significa che il segnale:

• può essere fissato a una frequenza impostata, utilizzando un campo a microonde
• può essere efficacemente separato dalla fluorescenza di fondo

I risultati ottici hanno dimostrato un miglioramento della sensibilità fino a cinque ordini di grandezza (100.000 volte) rispetto alle nanoparticelle d’oro normalmente utilizzate in questo genere di test: vale a dire che è necessario un numero molto inferiore di nanoparticelle per generare un segnale rilevabile.

Gli scenari futuri dell’applicazione dei nanodiamanti

I risultati dei test che hanno visto l’utilizzo di nanodiamanti per segnalare la presenza del virus HIV sono stati ottenuti in laboratorio, ma il team punta a sviluppare il test in modo che i risultati possano essere letti anche mediante smartphone o lettore portatile a fluorescenza, affinché, in futuro, si possano eseguire test HIV o di altro genere anche in quelle strutture dalle scarse risorse economiche o laddove l’assistenza sanitaria è limitata.

E a chi ha fatto notare agli autori della ricerca che anche le nanoparticelle d’oro – comunemente utilizzate nei test HIV – non richiedono analisi di laboratorio, Ben Miller, i-sense Postdoctoral Research Associate presso il London Centre for Nanotechnology dell’University College of London, ha ribattuto:

“I test con nanoparticelle d’oro sono a basso costo, portatili e di facile utilizzo. È vero. Ma mancano della sensibilità necessaria a rilevare livelli molto bassi di biomarcatori. Sostituendo le nanoparticelle d’oro con i nanodiamanti fluorescenti e modulando selettivamente la loro emissione di luce, siamo stati in grado di separare il segnale dalla fluorescenza di fondo indesiderata della striscia reattiva, migliorando notevolmente la sensibilità di questo nanomateriale“

Partendo dai risultati raggiunti, il gruppo di studio sta ora lavorando all’applicazione delle proprietà dei nanodiamanti ai test anti-Covid e, in futuro, prevede di estendere la ricerca ad altre malattie virali ad alto contagio.

A tale proposito, Rachel McKendry, professoressa di nanotecnologia biomedica presso l’UCL e direttrice di i-sense (Interdisciplinary Research Collaboration – IRC, finanziato dall’UK Engineering and Physical Sciences Research Council – EPSRC), ha sottolineato:

“Il nostro studio dimostra che le tecnologie quantistiche e le nanoparticelle come i nanodiamanti possono essere utilizzati per rilevare livelli molto bassi di carica virale in un campione di pazienti, consentendo la diagnosi precoce delle malattie causate da virus. Ci siamo concentrati, in particolare, sul rilevamento del virus dell’HIV, ma la metodologia che abbiamo messo a punto è molto flessibile e può essere facilmente applicata ad altre patologie e ad altri tipi di biomarcatori, tra cui, appunto, il Covid-19”