Plasmonic and Magnetic Nanostructures for Multiplexing Detection and Multiple Imaging Techniques in Bionanomed

Negli ultimi anni le nanotecnologie stanno fortemente influenzando i progressi della medicina, in particolare contro il cancro, sia per quanto riguarda la diagnostica che la terapia. Le nanostrutture possono essere pianificate con proprietà utili per specifiche applicazioni. Ad ogni modo, la stessa nanostruttura può essere sintetizzata anche per più tecniche diagnostiche. In aggiunta, si possono ottenere nanostrutture per quel che viene chiamato multiplexing, ovvero la presenza nello stesso segnale diagnostico di informazioni relative a più analiti simultaneamente. Le nanostrutture possono essere sintetizzate per ottenere targeting, che aumenta l’abilità di discriminare differenti tipi di antigeni associati a tumori o, nel caso di obiettivi terapeutici, per l’abilità di raggiungere un sito specifico. Nella presente tesi, le nanostrutture sono state sintetizzate per applicazioni con due particolari tecniche come la spettroscopia Raman amplificata da superfici (SERS) e l’imaging per risonanza magnetica (MRI), che sono tecniche di imaging complementari. Le nanostrutture sono state altresì funzionalizzate con anticorpi per il riconoscimento di antigeni. Il SERS sfrutta l’enorme amplificazione dei campi elettromagnetici di una nanostruttura plasmonica. Viene mostrato che questa tecnica può essere usata per misure quantitative di farmaci antitumorali di interesse clinico, con un range di risposta lineare nell’ordine delle nanomoli per millimetro quadrato di superficie SERS attiva, che risulta appropriato anche per applicazioni cliniche. Viene in oltre dimostrato come molecole con una bassa sezione d’urto Raman possano essere rivelate con l’aiuto di un protocollo, chiamato Reactive-SERS, che sfrutta una semplice reazione fotoattivata. Le nanoparticelle sono ottenute per ablazione laser e risultano quindi facili da funzionalizzare a causa della loro peculiare purezza superficiale. Viene mostrato che le loro proprietà sono utili per la spettrometria di massa a ionizzazione per desorbimento laser. Usate come matrice, sono state confrontate con particelle prodotte chimicamente e con una matrice organica largamente utilizzata e hanno sempre mostrato un rumore di fondo inferiore, specialmente nella zona dei bassi pesi molecolari, sotto i 500 Da, che è una zona importante per l’identificazione di piccole molecole. L’analisi in multiplexing viene fatta con nanoparticelle di oro (AuNP) funzionalizzate con differenti coloranti, come SERS reporters, associati a differenti anticorpi. La libreria di coloranti tiolati ottimizzati è stata incrementata e rende possibile investigare campioni biologici più complessi. Questa applicazione è stata anche traslata alla ricerca applicata ai beni culturali per la caratterizzazione di campioni pittorici stratigrafici. Sono stati sviluppati agenti di contrasto multimodali, accoppiando l’attività SERS, tipica delle particelle di oro funzionalizzate con coloranti, e agenti sensibili a campi magnetici, come atomi di ferro in nanoparticelle di lega o ioni Gd3+ legati alle nanoparticelle di oro. Un nuovo polimero, chiamato SuperDOTA, è stato sintetizzato per raggiungere alte concentrazioni di Gd3+ sulla superficie delle nanoparticelle. Risultati preliminari mostrano che queste AuNP, funzionalizzate sia con coloranti SERS reporter che con SuperDOTA-Gd, hanno proprietà utili per analisi in vivo di tumori con MRI ed imaging ex vivo con SERS.