Piccole quantità di calore generate da nanoprismi d’oro inseriti nei tessuti, attivati da illuminazione infrarossa, possono promuovere il processo di rigenerazione cellulare, aumentando l’efficienza e aprendo nuove prospettive nella medicina rigenerativa. Questa scoperta è stata fatta da un gruppo di ricerca del Cnr-Isasi di Pozzuoli e pubblicata su Advanced Functional Materials.
È possibile guarire una ferita con la luce? Alla domanda, che rappresenta una delle sfide della medicina rigenerativa, risponde uno studio dell’Istituto di Scienze Applicate e Sistemi Intelligenti “Eduardo Caianiello” del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Pozzuoli (Cnr-Isasi). Il gruppo di ricerca Nanobiomolecular group dell’Istituto ha dimostrato che il processo di rigenerazione tissutale può essere promosso in organismi trattati con nanoprismi d’oro e illuminati con luce nel vicino infrarosso.
Lo studio, pubblicato su Advanced Functional Materials, è stato condotto in collaborazione con l’Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (Saragozza, Spagna). In esso si descrive come piccole quantità di calore generate da nanoparticelle d’oro, a seguito di illuminazione infrarossa (NIR), possono favorire la rigenerazione cellulare attivando le cellule staminali.
La ricerca apre prospettive innovative nella medicina rigenerativa. “Uno degli obiettivi della medicina rigenerativa è la possibilità di riattivare le cellule staminali nel tessuto lesionato e promuovere i processi di rigenerazione del tessuto piuttosto che di riparazione, che raramente riesce a ripristinare la morfologia e la funzionalità del tessuto esistente prima della lesione”, spiega Claudia Tortiglione, ricercatrice del Cnr-Isasi che ha coordinato il gruppo italiano, composto anche dai ricercatori Angela Tino e Massimo Rippa del Cnr-Isasi.
“In tutti gli organismi viventi la rigenerazione avviene grazie a fattori genetici e biochimici che agiscono a livello cellulare, ed è anche regolata da stimoli fisici come calore, campi elettrici, luce, eccetera, che giocano ruoli fondamentali nel coordinare un grande numero di cellule nel processo di guarigione della ferita. L’effetto dell’esposizione alla luce o al calore nel favorire la rigenerazione è ben noto, e nella nostra quotidianità applichiamo impacchi caldi o cerotti termici per ridurre l’infiammazione, alleviare il dolore e migliorare la circolazione sanguigna”.
Mentre il corpo umano riesce a rigenerare, allo stadio adulto, solo parti di alcuni organi – come pelle e fegato – nel mondo animale esistono organismi invertebrati, come l’idra e la planaria, in cui il potenziale di rigenerazione tissutale è massimo. Ed è proprio su esemplari di Hydra vulgaris che il team ha concentrato i propri studi, dimostrando come il trattamento con nanoheaters, cioè nanomateriali che producono calore quando fotostimolati, aumenti la velocità di rigenerazione della testa, la capacità riproduttiva e il tasso di proliferazione delle cellule staminali dell’animale.
“In animali come l’Hydra vulgaris questa capacità di rigenerare parti amputate è dovuta alla presenza di cellule staminali: per questo la nostra sfida era orientata a capire come riattivare le cellule staminali nel tessuto umano adulto”, aggiunge la ricercatrice. “Lo studio delinea i meccanismi molecolari alla base dell’aumentata efficienza di rigenerazione, identificando i geni chiave dello sviluppo e i geni coinvolti nella risposta allo stress termico che vengono riattivati in anticipo rispetto ai tempi normali grazie all’illuminazione dei nanoprismi. Inoltre, mediante analisi termografica, viene stimata la quantità di calore prodotta dai nanoheaters intracellulari, rivelando l’Hydra come un termometro vivente per testare le prestazioni di questi innovativi materiali”.
“Questi risultati, a cavallo tra la nanofotonica e la biologia rigenerativa, fanno luce su una nuova funzione dei nanoheaters nel controllo dei meccanismi molecolari alla base della staminalità cellulare, e aprono nuove strategie di medicina rigenerativa che permetteranno di utilizzare la luce per la guarigione delle ferite”, conclude Tortiglione.
