SiMoT, la tecnologia italiana che riesce a rilevare una singola molecola

Un dispositivo bio elettronico di piccolissime dimensioni per rivelare una singola proteina e addirittura una singola molecola. Sono italiani i ricercatori che stanno dimostrando la possibilità, utilizzando questa tecnologia, di diagnosticare patologie progressive appena l’organismo produce i primi bio marcatori specifici, quindi prima che i sintomi si manifestino.

Cosa sono i bio marcatori?

Senza scendere troppo nei dettagli, il termine ‘bio marcatore’ indica uno stato per esempio biologico o genetico, che può essere – come sottolinea l’Enciclopedia Treccani on line – “messo in relazione con l’insorgenza o lo sviluppo di una malattia, come la presenza di un agente infettivo o l’esistenza di un tumore”. Il marcatore in biologia di solito è proteico; in genere, viene prodotta una certa quantità di una determinata proteina, variabile tra un minimo e un massimo a seconda degli organismi. Quando per un certo periodo viene prodotta una quantità di quella proteina superiore al livello massimo, ci sono possibilità che si sviluppi una certa malattia. Di conseguenza, se si riescono a individuare e misurare in maniera precoce i bio marcatori e la quantità di essi, anche in concentrazioni minime, si può avere una prima valutazione dell’insorgenza e dello stato della patologia, diagnosticando la malattia in modo precoce e predisponendo per tempo la terapia più adatta.

Prima misura record di una singola molecola di proteina

E’ un successo dei ricercatori italiani la prima misura record di una singola molecola di proteina. Il tutto è nato da una collaborazione fra l’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ifn), l’Università degli studi di Bari ‘Aldo Moro’ (Uniba), l’Università di Brescia (Unibs) e il Consorzio per lo sviluppo di sistemi a grande interfase (Instm). Il lavoro è frutto di un approccio interdisciplinare coordinato Luisa Torsi – docente all’Università di Bari – e condotto dal responsabile Cnr-Ifn di Bari, Gaetano Scamarcio, con un team di chimici, fisici e ingegneri, team che è formato da Cinzia Di Franco del Cnr, Giuseppe Mangiatordi, che prenderà servizio al Cnr a dicembre, Eleonora Macchia, Kyriaki Manoli, Brigitte Holzer, Domenico Alberga e Gerardo Palazzo di Uniba, Fabrizio Torricelli e Matteo Ghittorelli di Unibs. Lo studio sperimentale appunto è volto a dimostrare la possibilità di diagnosticare le patologie appena l’organismo produce i primi bio marcatori specifici, riuscendo a misurare concentrazioni bassissime di proteine, arrivando fino alla misura di una singola molecola. Una potenziale rivoluzione per il mondo della diagnostica.

Produzione su vasta scala a costi contenuti

Gaetano Scamarcio, del Cnr-Ifn, spiega più nel dettaglio l’impatto che questa ricerca potrebbe avere: “è una ricerca alla quale abbiamo lavorato per oltre due anni ed è una grandissima soddisfazione vederla decollare. Il risultato promette ricadute strategiche di grande rilevanza per il futuro della diagnostica medica, poiché le dimensioni e la struttura del dispositivo ne consentono la produzione su vasta scala a costi contenuti. Il dispositivo è robusto e affidabile e pertanto facilmente impiegabile fuori dal laboratorio”.

L’identikit di SiMoT

“La nuova tecnologia, battezzata SiMoT (Single-Molecule with a Transistor), si basa su strati auto-assemblati e bio-funzionalizzati di spessore nanometrico, inglobati in dispositivi di grande area compatibili con lo sviluppo di prototipi di facile uso anche fuori dai laboratori di ricerca”, aggiunge Luisa Torsi, di Uniba. “La sensibilità della tecnologia SiMoT, in grado rivelare un singolo bio marcatore, è talmente elevata da non poter essere migliorata oltre; si tratta, pertanto, di un record mondiale assoluto. Questo risultato è stato raggiunto grazie all’enorme amplificazione del segnale ottenuta integrando nel transistor bio elettronico un film che simula la membrana cellulare. L’intuizione è arrivata osservando che alcune cellule, attraverso la propria membrana, sono in grado di riconoscere singole proteine come i ferormoni. In termini tecnici si può inoltre affermare che la rivelazione SiMoT è ‘selettiva’ in quanto vede solo il bio-marcatore specifico di interesse, ed è ‘label-free’ poiché diretta e non mediata da altre molecole. Inoltre, è una piattaforma generale che può essere facilmente adattata alla rivelazione di uno specifico bio-marcatore, per esempio un antigene. Per farlo, è sufficiente integrare nel dispositivo l’anticorpo che riconosce l’antigene di interesse”.

L’obiettivo: curare le patologie in modo sempre più tempestivo

La rivoluzione nel campo della diagnostica potrebbe essere enorme, come sottolinea Gaetano Scamarcio: “La medicina di precisione ha bisogno di strumenti sempre più sensibili e performanti che consentano di applicare le tecnologie più avanzate nella pratica clinica quotidiana: la digitalizzazione dell’analisi dei bio-marcatori che li quantifica a livello della singola molecola è dunque la nuova frontiera. La tecnologia SiMoT promette quindi di essere un prezioso strumento che consentirà ai clinici di associare il più piccolo aumento di un determinato bio-marcatore alla progressione della patologia. Sarà forse addirittura possibile identificare il momento preciso in cui un organismo passa dall’essere ‘sano’ al divenire ‘malato’, aumentando enormemente la capacità di curare le patologie attraverso metodi di trattamento tempestivi, specifici e mirati. L’elevatissima sensibilità di SiMoT potrà essere utile anche per tenere sotto controllo le recidive, per esempio dopo l’asportazione di un tumore; ma anche per limitare l’uso di procedure invasive come le biopsie permettendo la rilevazione di marcatori in fluidi biologici facilmente accessibili come il sangue, l’urina o anche la saliva nei quali i marcatori sono presenti a concentrazioni bassissime”. Le previsioni su questa tecnologia sono positive: si prevede un netto miglioramento della qualità della vita e una riduzione della spesa sanitaria.