Imparare dalla natura per costruire biosensori
La natura ha da sempre sfruttato processi di self-assembly per realizzare sistemi viventi capaci di svolgere le più svariate funzioni. Un esempio su tutti, la membrana cellulare, il formidabile rivestimento delle cellule, ottenuto per auto-organizzazione, self-assembly appunto, di molecole diverse (lipidi, proteine e zuccheri) in grado di regolare la comunicazione tra le cellule, essenziale per il funzionamento dell'intero organismo. Perché allora non imparare dalla natura e costruire superfici intelligenti capaci di svolgere funzioni complesse, come riconoscere la presenza di un marcatore tumorale nel sangue di un paziente?
Questa è l'idea alla base delle ricerche grazie alle quali ho recentemente ricevuto il premio Kramer della Pia Fondazione Edoardo Kramer e dell'Istituto Lombardo Accademia di Scienze e Lettere per i significativi risultati ottenuti nel campo dei processi di self-assembly con particolare riguardo alle sue applicazione biomedicali. La Fondazione Edoardo Kramer nasce nel 1879 e da allora conferisce annualmente il premio "a un ricercatore italiano che abbia risolto un importante problema di fisica-matematica-chimica-ingegneria".
La mia attività di ricerca riguarda lo studio dei processi di self-assembly di biomolecole di complessità crescente, dagli amminoacidi alle proteine e al DNA, su superfici inorganiche con lo scopo di trasferire a queste ultime le funzionalità delle biomolecole per ottenere piattaforme sensibili in grado di funzionare come biosensori. Un aspetto cruciale per la realizzazione di un biosensore è il preciso controllo dell'organizzazione strutturale e della stabilità funzionale delle molecole depositate sulla superficie. Particolare attenzione va posta alla strategia di immobilizzazione delle biomolecole per evitare che queste, a contatto con la superficie, possano subire trasformazioni nella loro conformazione e perdere le loro peculiari funzioni.
Per caratterizzare e ottimizzare i processi di self-assembly molecolare sulla superficie, i miei colleghi ed io abbiamo combinato metodi di microscopia avanzata ad alta risoluzione, come la microscopia a forza atomica, con metodi di spettroscopia ottica e a raggi X. L'accoppiamento dei diversi metodi permette non solo di visualizzare, ma anche di manipolare le molecole e di caratterizzare le performance della superficie intelligente in termini di capacità di riconoscimento selettivo di una specifica molecola di interesse.
Grazie ai risultati incoraggianti, il nostro gruppo di ricerca ricava giorno dopo giorno la motivazione per proseguire nel tentativo di imparare dalla natura come costruire superfici intelligenti che possano migliorare la qualità della vita di tutti, in particolare tramite le loro numerose applicazioni in campo diagnostico e in quello del controllo ambientale.
