Progetto Biosensori SERS nanostrutturati
La tecnica di diagnostica SERS è una forma di tecnica Raman nella quale però i substrati che vengono utilizzati per raccogliere il campione
molecolare da sondare sono opportunamente nanostrutturati in modo da favorire l’innesco del meccanismo SERS.
Questo meccanismo ha luogo quando il substrato nanostrutturato è in grado anch'esso di rispondere alla stessa sollecitazione ottica usata
per l’esame Raman con la generazione di un intenso campo elettrico locale dovuto al moto collettivo di elettroni liberi al suo interno.
E’ proprio questo campo elettrico intenso che modifica la sezione d’urto tra la luce inviata e la molecola da sondare quando quest’ultima è
immersa nel campo elettrico in questione. Il meccanismo di amplificazione di cui si parla permette quindi di ovviare alla tipicamente bassa
sensibilità dell’effetto Raman, dando vita ad una tecnica di analisi notevolmente potente nota come Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS).
Come immediata conseguenza, ciò riduce drasticamente l’esigenza di dotare il sistema di analisi del segnale ottico di sofisticati e costosi
strumenti, rendendo la spettroscopia SERS più vantaggiosa economicamente e persino portabile (è fattibile l’analisi continua o a batch
nello stesso sito di campionatura, senza dover ricorrere ad attrezzature di laboratorio).
Alcuni ulteriori vantaggi inerenti la tecnica SERS meritano di essere citati. La SERS e’ in grado di etichettare in modo
quantitativo più specie molecolari allo stesso tempo, e ciò per via della elevata risoluzione spettrale che la contraddistingue e la
rende vantaggiosa, da questo punto di vista, rispetto alla più comune spettroscopia di fluorescenza.
Dunque, la chiave di volta per poter innescare i meccanismi di forte amplificazione del segnale ottico Raman proveniente da una specie
molecolare è l’impiego di substrati di campionatura opportunamente fabbricati e con caratteristiche ben definite di composizione chimica e
struttura superficiale. Tali substrati, sono di fatto delle nanostrutture di metalli nobili o quasi-nobili, come oro, argento, platino,
rame, nichel, e loro leghe. Affinchè tali materiali siano in grado di rispondere alla radiazione luminosa o IR inviata su di essi con
la generazione del campo elettrico intenso alla base dell’amplificazione SERS, essi devono essere di dimensioni dell’ordine del
miliardesimo di metro, tipicamente tra 10 e 100 nm.
La ricerca proposta poggia le proprie basi sullo sviluppo di marcatori nanostrutturati in grado di legarsi selettivamente a specifici
antigeni presenti sulle membrane cellulari neoplastiche della leucemia, trasportando un agente nanoparticellare che risponda a specifiche
sollecitazioni ottiche nel visibile o nel vicino infrarosso per assorbimento SERS.
Una fase centrale consiste nell'identificazione e caratterizzazione di peptidi specifici per il binding alle cellule target,
tramite una tecnica nota come Phage Display (PD), basata sul riconoscimento stocastico e selezione da popolazioni di elevata numerosità.
Si parte dal fatto che il pattern di espressione proteica basato su markers di superficie cellulare risulta il più efficace nella diagnosi
tumorale. L’espressione di molecole di superficie cellulare può includere recettori che sono comuni a più linee cellulari, ristretti ad
una o poche linee, e quelli che sono unici per singoli tipi cellulari. Inoltre, tra i vari tipi cellulari, recettori comuni possono essere
espressi a densità simili o differenti.
I fagi presentano diversi vantaggi come sonde per tali markers: possono essere sviluppati per markers non-antigenici e sconosciuti;
le librerie fagiche sono facilmente disponibili da fonti private o commerciali ed hanno un’ampia diversità; la propagazione del fago in
colture batteriche è ben standardizzata e poco costosa rispetto alla produzione di anticorpi in animali o colture cellulari; le
preparazioni fagiche sono stabili senza perdita di titolo per molti anni quando conservate nelle condizioni appropriate.
