Gli scienziati di IBM hanno sviluppato una nuova tecnologia lab-on-a-chip che è in grado, per la prima volta, di separare le particelle biologiche su scala nanometrica ed è quindi potenzialmente in grado di consentire ai medici di rilevare patologie quali le neoplasie prima della comparsa dei sintomi.
Come riportato dalla rivista Nature Nanotechnology, i risultati del team IBM mostrano la possibilità di separare, in base alle dimensioni, bioparticelle con diametro fino a 20 nanometri (nm), un ordine di grandezza che dà accesso alle particelle più importanti, come il DNA, i virus e gli esosomi. Una volta isolate, queste particelle possono essere analizzate dai medici per rivelare eventuali segni di patologie, anche prima che i pazienti mostrino qualsiasi sintomo, quindi in una fase in cui i risultati delle eventuali cure sono molto più efficaci. Fino ad oggi, la bioparticella più piccola in grado di essere isolata in base alle dimensioni, utilizzando tecnologie on-chip, era circa 50 volte più grande (ad esempio, nella separazione di cellule tumorali in circolo da altre componenti biologiche).
IBM sta collaborando con un team della Icahn School of Medicine del Mount Sinai per proseguire nello sviluppo di questa tecnologia lab-on-a-chip e prevede di poterla testare sulle neoplasie della prostata, il tumore più comune nella popolazione maschile degli Stati Uniti.
Il team IBM si è concentrato sugli esosomi come obiettivo per il proprio dispositivo, dato che le tecnologie esistenti incontrano difficoltà nell’isolarli e purificarli nelle biopsie liquide. Le dimensioni degli esosomi variano da 20 a 140 nm e contengono informazioni sullo stato di salute della cellula originaria da cui vengono rilasciati. La determinazione delle dimensioni, delle proteine superficiali e del carico di acido nucleico trasportato dagli esosomi può fornire informazioni essenziali circa la presenza e lo stato di neoplasie e altre patologie in corso di sviluppo.
I risultati di IBM indicano la possibilità di isolare e rilevare particelle di dimensioni fino a 20 nm rispetto a particelle più piccole, la possibilità di separare esosomi di 100 nm (o anche più grandi) da esosomi più piccoli, nonché la possibilità di effettuare la separazione indipendentemente dal grado di diffusione, una tipica caratteristica della dinamica delle particelle di questi ordini di grandezza. In collaborazione con il Mount Sinai, il team punta a confermare che il proprio dispositivo è in grado di raccogliere esosomi con biomarcatori specifici delle neoplasie da biopsie liquide eseguite su pazienti.
“La capacità di suddividere e arricchire i biomarcatori su scala nanometrica, in tecnologie basate su chip, apre la strada alla comprensione di patologie come i tumori e di virus come quello dell’influenza o come Zika – ha dichiarato Gustavo Stolovitzky, direttore del programma di Biologia dei Sistemi Traslazionali e Nanobiotecnologie di IBM Research -. Il nostro dispositivo lab-on-a-chip è in grado di offrire una soluzione semplice, non invasiva e conveniente per rilevare e monitorare potenzialmente una patologia, anche nelle sue fasi iniziali, molto tempo prima che i sintomi fisici siano evidenti. Questo vantaggio temporale permette ai medici di prendere decisioni più consapevoli e di farlo nel momento in cui la prognosi per le opzioni di cura ha le maggiori probabilità di successo”.
