#FasSalute. Come diagnosticare l’Alzheimer grazie a nanoparticelle e metalli preziosi

E' una malattia degenerativa devastante, con costi sociali ed economici altissimi: l'Alzheimer. Il progetto Supremal, finanziato dalla Regione Toscana, si propone di mettere a punto un sistema innovativo per la diagnosi precoce.

Oltre 37 milioni di persone nel mondo sono affette dal morbo di Alzheimer, con un costo globale di oltre 600 miliardi di dollari. L’incidenza dell’Alzheimer sta aumentando drammaticamente a causa dell’invecchiamento della popolazione e dell’assenza di farmaci che possano bloccare o far regredire la malattia. La diagnosi dell’Alzheimer, a oggi, si basa sul monitoraggio del declino mentale ed è effettuata a uno stadio in cui la malattia ha già causato importanti danni neuronali nel paziente. Mettere a punto un sistema di diagnosi precoce significherebbe contribuire a ridurre un costo sociale ed economico dall’impatto altissimo. E’ l’obiettivo del progetto Supremal - tra i beneficiari del Bando FAS Salute della Regione Toscana - di cui abbiamo parlato con il responsabile scientifico Paolo Matteini, ricercatore presso l’Istituto di Fisica applicata “Nello Carrara” del CNR di Sesto Fiorentino.

Qual è l'oggetto della vostra ricerca?
L’obiettivo è sviluppare un sistema per la diagnosi precoce del morbo di Alzheimer basato su un nuovo approccio di analisi. Più precisamente, la nostra strategia si basa sulla combinazione di SERS (spettroscopia Raman amplificata da superfici) e di substrati ibridi di analisi di ultima generazione costituiti da nanoparticelle di metalli preziosi (argento/oro) e foglietti di grafene. Questo tipo di substrati svolgono contemporaneamente il ruolo di cattura di biomarcatori riconosciuti dell’Alzheimer, grazie al grafene, e di amplificazione del loro segnale Raman, grazie alle nanoparticelle. Il segnale amplificato rappresenta l’“impronta digitale” della molecola catturata e include le sue caratteristiche chimiche e strutturali, che ne permettono un’identificazione inequivocabile. Sarà così possibile riconoscere la presenza in tracce dei biomarcatori, che negli stadi iniziali della malattia sono gli oligomeri di beta-amiloide. Viste le potenzialità della piattaforma SERS proposta, ne vogliamo garantire un utilizzo su larga scala attraverso lo sviluppo di substrati di analisi low-cost e di uno strumento da banco per l’analisi precoce dell’Alzheimer.

Primo passo, dunque, è riuscire a monitorare le trasformazioni dei biomarcatori per intervenire prima che compaiano i sintomi devastanti della malattia.
La ricerca ha già evidenziato che il morbo di Alzheimer, nei suoi stadi più iniziali, può causare variazione dei livelli di peptide beta-amiloide del fluido cerebrospinale. Questi peptidi sono responsabili, in uno stadio avanzato della malattia, della formazione di placche amiloidi, che rappresentano segni conclamati della presenza del morbo di Alzheimer. Tuttavia, i primi eventi che conducono alla malattia come il “misfolding” (ripiegamento non corretto) del beta-amiloide e la sua oligomerizzazione (aggregazione di poche molecole di beta-amiloide) si verificano da 10 a 20 anni prima che i sintomi della malattia appaiano evidenti. Di conseguenza, test capaci di monitorare le caratteristiche strutturali e le modificazioni del beta-amiloide nel fluido cerebrospinale rappresentano una soluzione promettente per diagnosticare il morbo di Alzheimer nei suoi stadi più precoci. Questa soluzione è percepita dalla comunità scientifica come un ausilio essenziale all’azione terapeutica da adottare e può offrire un supporto valido per monitorare il progresso della malattia e la risposta a nuovi trattamenti.

Una diagnosi nella fase iniziale della malattia potrebbe aprire nuovi scenari di cura
La diagnosi corrente della malattia di Alzheimer si basa sul monitoraggio del declino mentale e fornisce livelli di certezza largamente dipendente dai criteri clinici utilizzati e dai test neuropsicologici e di laboratorio effettuati. Tuttavia, oggi sappiamo che la malattia di Alzheimer ha già causato importanti danni neuronali negli individui che manifestano i primi sintomi di declino mentale e che ricevono una diagnosi di malattia di Alzheimer precoce. Con il progetto Supremal intendiamo realizzare una piattaforma affidabile ed efficace per la diagnosi precoce, ovvero effettuabile prima che compaiano i sintomi iniziali della malattia. In questo stadio l’ Alzheimer è di più semplice trattabilità. L’identificazione e quantificazione di principali biomarcatori del morbo di Alzheimer, come proposto dal progetto, rappresenta una prospettiva a elevato impatto umano e socioeconomico con vantaggi notevoli in differenti ambiti, incluso ridurre i costi di assistenza sanitaria e migliorare il benessere della popolazione.

Supremal è un partenariato di tre gruppi di ricerca, qual è il contributo di ognuno?
Il gruppo Biophotonics and Nanomedicine Lab dell’Istituto di Fisica Applicata “Nello Carrara” del CNR di Sesto Fiorentino, coordinato dal dottor Roberto Pini, direttore dell’ Istituto, svolge un ruolo di coordinamento del progetto oltre che la messa a punto del sistema SERS con test su biomarcatori modello e reali. Il nostro gruppo vanta un’esperienza decennale nello sviluppo di materiali nanostrutturati e ibridi attivabili dalla luce, oltre che nell’applicazione di questi materiali in ambiti biomedicali con particolare riferimento ad applicazioni terapeutiche e diagnostiche mediante luce laser. La purificazione, preparazione e caratterizzazione dei biomarcatori sarà affidata al gruppo di Scienze Biochimiche del Dipartimento di Scienze Biomediche, Sperimentali e Cliniche dell’Università di Firenze guidato dal professor Fabrizio Chiti e da anni coinvolto in studi finalizzati alla comprensione del processo di aggregazione delle proteine, con particolare riferimento agli aggregati prefibrillari e amiloidi. Il gruppo di ricerca del Dipartimento di Chimica “Hugo Schiff” dell’Università di Firenze, coordinato dalla professoressa Gabriella Caminati si occuperà della funzionalizzazione dei substrati SERS con recettori per biomarcatori e la caratterizzazione dell’interazione biomarcatore/substrato attraverso diverse tecniche analitiche.

Ricerca ma anche impresa. Qual è il ruolo delle aziende che vi affiancheranno nel progetto?
Le imprese toscane partecipanti sono tre - Cabro, Nanesa e Marwan Technology - e il loro apporto sarà prezioso nella messa a punto della piattaforma diagnostica. Nello specifico l’aretina Cabro, che vanta un’esperienza pluriennale nello studio e nella fabbricazione di nanostrutture di metalli preziosi e non quali oro, argento, rame, palladio e ferro in formulazioni liquide e di polveri e gel, ci supporterà nella sintesi e fabbricazione di substrati di nanoparticelle di metalli preziosi per applicazioni SERS. Nanesa, startup sempre con sede ad Arezzo specializzata nella produzione di paste conduttive per serigrafia e di nanomateriali a base di grafene e parte del Consorzio Europeo della Graphene Flagship, si occuperà proprio della sintesi dei materiali a base di grafene e della fabbricazione di substrati ibridi contenenti grafene per applicazioni SERS. La progettazione, realizzazione e la fase di test di uno strumento low-cost per analisi SERS ad elevata sensibilità sarà il affidato alla terza impresa, Marwan Technology, uno spin-off del Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa che opera nell’ambito delle sorgenti laser e della sensoristica per la ricerca e per l’industria.

L’apporto delle imprese, previsto a bando, si configura come un valore aggiunto per il progetto Credo che il beneficio sia reciproco. Le tre imprese, affiliate al Distretto Toscano Scienze della Vita e al Distretto FORTIS per la Fotonica, l’Optoelettronica, la Robotica, le Telecomunicazioni, l’Informatica e l