Nanotuburi pe bază de dopamină: o premieră în nanomedicină
Cercetătorii de la Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) din Pontedera, Italia, au creat nanotuburi organice care reușesc să combine, pentru prima dată într-o singură structură, trei funcții terapeutice distincte: încălzirea prin lumină infraroșie, eliberarea de substanțe antioxidante și stimularea electrică a celulelor. Rezultatele au fost publicate în revista ACS Nano.
Structura are aproximativ 500 de nanometri și este obținută prin prelucrarea polidopaminei, un polimer adeziv format din lanțuri de molecule de dopamină. Deși dopamina acționează ca neurotransmițător în creier, în formă polimerizată devine un material compatibil cu țesuturile umane, deja folosit în biomedicină.
Nanotuburi versus nanoparticule sferice
Până acum, polidopamina fusese studiată mai ales sub formă de nanoparticule sferice. Echipa condusă de Gianni Ciofani a reușit să o modeleze în nanotuburi – structuri goale, cu un diametru de circa 500 de ori mai mic decât al unui fir de păr uman. Schimbarea formei a condus la apariția unor proprietăți noi.
Cea mai remarcabilă este piezoelectricitatea: atunci când nanotuburile sunt stimulate mecanic, ele generează un curent electric. Cercetătorii au indus vibrații cu ajutorul ultrasunetelor, creând un fel de „electrod” fără fir, care poate fi implantat în țesuturi și controlat de la distanță. Această proprietate nu fusese observată anterior la polidopamină.
„Capacitatea de a genera un curent electric ca răspuns la stimulare mecanică este o proprietate foarte rară și importantă pentru un nanomaterial organic și biocompatibil”, a declarat Ciofani. „Piezoelectricitatea nu a fost niciodată observată până acum la polidopamină: forma tubulară a permis apariția unei proprietăți absente la nanoparticulele sferice din același material.”
Trei funcții într-o singură structură
Celelalte două proprietăți derivă din caracteristicile dopaminiei în formă polimerizată. Nanotuburile pot absorbi lumina infraroșie și se pot încălzi, iar stimularea cu ultrasunete determină eliberarea de molecule individuale de dopamină. Aceste efecte pot fi folosite pentru a stimula activitatea celulară – de exemplu, eliberarea de calciu intracelular, esențială pentru comunicarea dintre celule – și pentru a produce un efect antioxidant, protejând celulele de stresul oxidativ.
„Nanotuburile eliberează dopamină într-un mod controlat și răspund la stimuli externi precum ultrasunetele și lumina infraroșie, integrând multiple funcții într-o singură platformă”, a explicat Matteo Battaglini, primul autor al studiului.
Pentru a evalua biocompatibilitatea, cercetătorii au testat nanotuburile pe celule cultivate. Acestea au fost absorbite de celule fără a le perturba activitatea normală.
Aplicații potențiale
Nanotuburile de polidopamină reprezintă o nouă clasă de nanomateriale multifuncționale, cu potențiale aplicații în medicina regenerativă, neurostimulare și dezvoltarea de dispozitive bioelectronice. De asemenea, ar putea servi ca instrument pentru administrarea controlată de molecule terapeutice către sistemul nervos, cu implicații în oncologie și în tratamentul bolilor neurodegenerative.
Studiul a fost realizat în cadrul programului „Technologies for Healthy Living” al IIT și a beneficiat de contribuția studenților doctoranzi de la Sant’Anna School of Advanced Studies din Pisa și a cercetătorilor de la Institutul Național Italian de Cercetare Metrologică din Torino.
