Dallo sviluppo di algoritmi biologici in grado di risolvere problemi combinatori complessi alla creazione di piattaforme “intelligenti” per diagnosi rapide, precise e personalizzate, fino alla realizzazione di sistemi di rilascio di farmaci ultra-specifici. Sono molteplici gli scenari aperti da un nuovo studio condotto da Rachele Catalano durante il suo dottorato, da poco concluso, all’Università Tecnica di Dresda (Germania). Il lavoro, descritto sulla rivista Nano Letters, potrebbe rivoluzionare sia il settore della biotecnologia che quello della nanomedicina.Catalano e il suo team di ricerca hanno sviluppato un metodo innovativo per creare veri e propri “codici a barre” microscopici su filamenti biologici chiamati microtubuli. Questi elementi, fondamentali per l’impalcatura interna delle cellule (il citoscheletro), fungono naturalmente da “binari” per il trasporto di molecole all’interno del nostro corpo. “Ma in laboratorio, questa dinamica può essere invertita: fissando motori proteici su una superficie, i microtubuli possono scorrere su di essi, creando sistemi di trasporto miniaturizzati ed estremamente efficienti”, spiega Catalano.Finora, un ostacolo cruciale ha limitato l’applicazione pratica di questi sistemi: l’impossibilità di distinguere facilmente i microtubuli tra loro quando si muovono contemporaneamente. “Senza un sistema di identificazione, è difficile sapere quale filamento ha svolto una determinata funzione o ha interagito con specifiche molecole”, spiega Catalano. È qui che entra in gioco l’innovazione introdotta dal nuovo studio. “Ci siamo posti una domanda: e se ogni microtubulo potesse avere un proprio codice identificativo, capace di ‘ricordare’ il suo percorso o le molecole incontrate? Abbiamo trovato la risposta a questa domanda – dice la ricercatrice – utilizzando una tecnica chiamata fotobleaching. Tramite flash laser mirati, viene selettivamente “spenta” la fluorescenza in punti specifici del filamento mentre esso è in movimento. Regolando la frequenza di questi impulsi, è possibile imprimere sequenze periodiche di segnali visivi, creando un pattern unico e riconoscibile per ogni microtubulo”. Questo codice può essere letto in qualsiasi momento analizzando la distanza tra i segnali lungo il filamento, senza la necessità di seguire l’intero percorso del microtubulo nel tempo. In pratica, il microtubulo “porta con sé” il ricordo delle sue interazioni e del suo viaggio.Questa scoperta aggiunge un nuovo capitolo nella capacità di identificare e registrare informazioni in sistemi biologici in movimento, con implicazioni che vanno ben oltre le mura del laboratorio. “Questo studio infatti va a integrarsi con approcci già esistenti di calcolo parallelo basato su motori molecolari, come dimostrato da un altro studio condotto nel nostro laboratorio e pubblicato su PNAS”, specifica Catalano.Sul fronte della biocomputazione avanzata, è possibile immaginare computer biologici dove ogni microtubulo può trasportare informazioni e allo stesso tempo memorizzare dati sul suo percorso. “Questo potrebbe rivoluzionare la risoluzione di problemi combinatori complessi, sfruttando la capacità intrinseca dei sistemi biologici di elaborare informazioni in parallelo e con un’efficienza energetica senza precedenti”, spiega Catalano. “Potremmo assistere allo sviluppo di algoritmi biologici in grado di superare i limiti dei computer tradizionali per determinate classi di problemi”, aggiunge.Sul fronte della diagnostica medica, ogni microtubulo potrebbe essere “funzionalizzato” per trasportare specifiche molecole bersaglio (come marcatori tumorali o agenti patogeni) e contemporaneamente contenere dati incorporati nella sua struttura, indicando la sua origine, il campione di appartenenza o le interazioni avvenute. “Questo permetterebbe la creazione di piattaforme diagnostiche ‘smart’ – dice Catalano – in grado di fornire non solo un risultato positivo/negativo, ma anche un’analisi dettagliata e tracciabile, portando a diagnosi più rapide, precise e personalizzate”.E poi c’è il fronte dei sistemi di drug delivery. “Un microtubulo, caricato con un principio attivo, potrebbe essere identificato in ogni momento grazie a un codice ottico impresso durante la fase di preparazione”, spiega la ricercatrice. “Questo permetterebbe di tracciare con precisione il suo percorso e le eventuali interazioni, rendendo possibile in futuro lo sviluppo di sistemi di rilascio farmaceutico più mirati e controllati, dove ogni vettore può essere monitorato individualmente, minimizzando gli effetti collaterali e massimizzando l’efficacia terapeutica”. Questo è il primo studio che dimostra la possibilità di memorizzare informazioni multi-bit su un singolo filamento biologico in movimento. È un passo che, sebbene piccolo per un singolo microtubulo, rappresenta un salto quantico per le tecnologie su scala nanometrica, aprendo la strada a sistemi intelligenti e integrati con potenzialità ancora inesplorate.Valentina ArcovioLo studioL'articolo Microtubuli con codici a barre, una “rivoluzione” per diagnosi e farmaci intelligenti. Lo studio proviene da Il Fatto Quotidiano.