Charles Mitchell aveva appena acceso il microscopio quando li vide per la prima volta. Piccoli, perfetti, sembravano davvero dei fiori. Ma non erano petali quelli che osservava nel suo laboratorio del Texas: erano nanoparticelle di molibdeno progettate per fare qualcosa che nessun farmaco era mai riuscito a fare. Riparare il cervello dall’interno, neurone per neurone, mitocondrio per mitocondrio. Quello che iniziò come un esperimento di routine si trasformò in una scoperta che potrebbe cambiare il destino di milioni di persone affette da malattie neurodegenerative. I nanofiori non si limitano a nascondere i sintomi: attaccano il problema alla radice.
Nanofiori metallici, la nuova frontiera della neuroprotezione
La scoperta nasce nei laboratori della Texas A&M University, dove il team di Dmitry Kurouski ha sviluppato particelle microscopiche che sembrano uscite da un giardino in miniatura. Questi nanofiori metallici, composti da disolfuro di molibdeno (MoS2) e diseleniuro di molibdeno (MoSe2), hanno una struttura a petali multipli che li rende incredibilmente efficaci nel penetrare nelle cellule cerebrali. La loro forma particolare offre un rapporto superficie-volume molto elevato, permettendo un’interazione ottimale con i neuroni e gli astrociti, le cellule che forniscono supporto ai neuroni.
Come spiega Kurouski nello studio pubblicato sul Journal of Biological Chemistry: questi nanofiori sono belli da vedere al microscopio, ma quello che fanno dentro la cellula è ancora più impressionante. Migliorando la salute delle cellule cerebrali, aiutano ad affrontare una delle cause principali delle malattie neurodegenerative che hanno a lungo resistito alle scoperte terapeutiche.
Il segreto di questi microscopici “fiori” sta nella loro capacità di mettere a punto le prestazioni dei mitocondri, riducendo i livelli dei loro sottoprodotti tossici fino a quasi zero. I mitocondri, spesso chiamati le centrali energetiche della cellula, convertono il cibo in energia utilizzabile dal corpo. Ma come ogni sistema energetico, producono anche scarti nel processo, comprese le specie reattive dell’ossigeno, molecole instabili che possono danneggiare le cellule se non gestite adeguatamente.
Come funzionano i nanofiori nel cervello
Per valutare il potenziale terapeutico dei nanopfiori, il team di Kurouski, specializzato in malattie neurodegenerative, ha testato come due tipi di nanofiori influenzassero i neuroni e le cellule cerebrali di supporto chiamate astrociti. Entro 24 ore dal trattamento, hanno osservato un calo drammatico dei livelli di specie reattive dell’ossigeno, insieme a segni di miglioramento dell’integrità e della quantità mitocondriale.
I risultati sono stati sorprendenti: entrambi i tipi di nanofiori MoS2 e MoSe2 sono stati assorbiti dai neuroni e dagli astrociti. Si è osservato un aumento significativo della proliferazione cellulare nelle prime 24 ore dopo il trattamento, specialmente con MoS2 nei neuroni, dove c’è stato un incremento fino al 93%. Il nanofiore MoSe2 ha ridotto le specie reattive dell’ossigeno nei neuroni fino all’80% alle concentrazioni più elevate.
La disfunzione mitocondriale è vista in un ampio spettro di patologie, incluse malattie neurodegenerative come il Parkinson, l’Alzheimer e la sclerosi laterale amiotrofica. Le cause comuni della disfunzione mitocondriale includono mutazioni genetiche, specie reattive dell’ossigeno, neuroinfiammazione, cambiamenti epigenetici e fattori ambientali. Questa disfunzione porta poi all’accumulo di proteine tossiche, come tau e amiloide-beta, associate ai disturbi neurodegenerativi.
Per questo motivo, molte terapie si concentrano sul ripristino della funzione sana di questi piccoli ma importanti organelli. Il vantaggio che offrono i nanofiori è che la loro forma distintiva (più “petali” che si irradiano da un nucleo centrale) fornisce un grande rapporto superficie-volume, il che li rende più utili delle nanoparticelle regolari per funzioni come la somministrazione di farmaci e la catalisi.
Test sui vermi e prospettive future
Dopo aver visto gli effetti sulle singole cellule, i ricercatori hanno valutato i nanofiori in Caenorhabditis elegans, un organismo modello ben consolidato utilizzato nella ricerca neurologica, per testare gli effetti su organismi interi. I vermi trattati con uno dei nanofiori sono sopravvissuti per giorni più a lungo rispetto alle loro controparti non trattate, che hanno una durata di vita tipica di circa 18 giorni. Quelli trattati hanno anche avuto una mortalità più bassa durante le prime fasi di vita, un’altra indicazione del potenziale neuroprotettivo dei nanofiori.
Anche nelle cellule sane, ci si aspetta un certo stress ossidativo. Ma i nanofiori sembrano mettere a punto le prestazioni dei mitocondri, portando ultimamente i livelli dei loro sottoprodotti tossici a quasi nulla. Se possiamo proteggere o ripristinare la salute mitocondriale, allora non stiamo solo trattando i sintomi: stiamo affrontando la causa principale del danno.
Guardando al futuro, Kurouski prevede di condurre studi di tossicità e distribuzione in modelli animali più complessi, un passo chiave prima degli studi clinici. Nonostante decenni di ricerca, i farmaci neuroprotettivi efficaci rimangono sfuggenti. La maggior parte delle terapie per le malattie neurodegenerative si basano sulla gestione dei sintomi senza affrontare il danno cellulare sottostante.
Il team ha recentemente lavorato con Texas A&M Innovation per presentare una domanda di brevetto per l’uso dei nanofiori nei trattamenti neuroprotettivi, e prevede di collaborare con il Texas A&M College of Medicine quando sarà pronto a esplorare ulteriormente l’effetto dei nanofiori per il trattamento di ictus, lesioni del midollo spinale e malattie neurodegenerative.
Come vi raccontavo in questo articolo sulle nuove tecnologie cerebrali, siamo all’alba di una nuova era per la neuroprotezione. Questi nanofiori metallici hanno un enorme potenziale come materiali neuroprotettivi capaci di trattare condizioni come ictus, Alzheimer e malattie di Parkinson. E più ricerca è necessaria prima che queste terapie si spostino dal laboratorio alla clinica.
Pensiamo che questo potrebbe diventare una nuova classe di terapie. Vogliamo assicurarci che sia sicuro, efficace e abbia un chiaro meccanismo d’azione. Ma in base a quello che abbiamo visto finora, c’è un potenziale incredibile nei nanofiori.
