Nano Medicina

5/11/2018 Nano Medicina - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/nano-medicina 1/180

Carmine D’Antonio - Pietro Di Gennaro

Nano TecnologieLa Rivoluzione in Medicina

Presente e futuro del XXI Secolo

Vol. I

Rapporto 2006-2020

Collana ricerca e innovazione

Le nano scale in medicina - nano medicina e salute - nano

tecnologia e la salute umana - nano tecnologie e il cancro

nano tecnologie per la sconfitta del cancro - nano tecnologie

e diagnostica - nano tecnologie e cancro terapia - nano bio-

logia dibattito sulle nano tecnologie - la rivoluzione tecnologica



Zima Technology

V.le delle Repubblica 1/A

84135 Salerno (Italy)Tel. & Fax +39 089 481617

Copyright 2006 © Zima Technology - SalernoProprietà letteraria riservata

ISBN: 88-90-2593-0-2978-88-90-2593-0-2

Nessuna parte di questa pubblicazione può essere riprodotta, me-morizzata, o trasmessa in nessun modo e forma sia essa elettronica,fotocopie, ciclostile ecc. senza il permesso scritto dell’Editore.

I dati contenuti in questa opera sono quelli relativi alla nostra migliore co-noscenza, l’editore e l’autore non sono responsabili di eventuali violazioni di

brevetti o processi. Le fonti riportate sono reperite nel libero contesto di unaaffinata ricerca tecnologica.

L’autore e l’editore non si assumono responsabilità civile e penale, sulla possibile pubblicazione di documenti o parti di essi che possono essere ritenuticlassificati.



Ad Anna Savarese, la mamma che non ho più.(Pietro Di Gennaro)

A mio nipote Federico.(Carmine D’Antonio)



4

“I principi della fisica, per quanto si possono vedere, non parlanocontro la possibilità di manovra dell’atomo di cose dall’atomo. Non èun tentativo di violare alcune leggi, è qualcosa, in linea di principio,che può essere fatto, ma in pratica, non è stato fatto perché siamo

troppo grandi”.

Richard Feynman

“Le nano tecnologie sono l’intellètto e l’autorità della materia per contribuire a modificare i piani dell’atomo, racchiudere la ma-teria in nuove forme, manipolare il DNA, raggiungere altri mondi,

preservarci da attacchi dell’universo esterno, sconfiggere la fame nelmondo, vincere la morte”.

Carmine D’Antonio

“L’infinitamente piccolo e l’infinitamente grande sono gli orizzonti

che si fondono nell’eccellenza della ricerca scientifica come limitiimpropri che confinano ogni realtà tangibile, ogni progresso”.

Pietro Di Gennaro



5

PRESENTAZIONE

In questo libro sono racchiuse nuove tematiche e tecnologie evi-denti, comprese analisi sociali e gli ultimissimi sviluppi sul futuristico

campo delle nano tecnologie. L’argomento trattato in questo librovalorizza settori maturi, come la medicina, la chimica, la biologia, inuovi materiali; l’editore si propone l’obiettivo di rendere questolavoro fruibile a tutti.

L’attenzione si concentra sulle ricerche condotte in questi anni,riportando le notizie fin qui conosciute dalla rivoluzione che si è aper-ta sulle nuove scienze e le nano tecnologie. I cambiamenti ottenutirivestiranno un ruolo fondamentale sugli aspetti sociali e politici,economici e industriali per tutto il XXI Secolo.

Nel mondo moderno si affermano nuovi metodi di gestire l’in-formazione, le moderne diversità di comunicare la cultura, inclusa larete Internet, ma rimane ancora l’utilità del libro, che rappresenta unfondamentale strumento per divulgare i concetti del sapere.

Gli autori “tecnologisti” per dare ampie risposte ai lettori suun’opera che ritengono innovativa quanto fondamentale sotto il pro-

filo scientifico, hanno trovato giusto puntare per prima sul contributoimpensabile che le nano tecnologie introdurranno in medicina.

La definizione nano medicina è stata coniata nel 2005, viene rece- pita come un fulmine, la U.S Food and Drug Administration’s (FDA) l’approva, gli esperti prevedono che dal 2007 sarà un anno determi-nante per la sua affermazione. Negli ultimi periodi, molti nuovi nanocomposti si sono basati su medicinali approvati, mentre si affermano,

in una continua e rapida evoluzione, strumenti che consentono alletecnologie mediche di divenire propulsori dello sviluppo di nuovee moderne terapie nella consegna dei medicinali. Attraverso nuoviveicoli, nella diagnostica, nei congegni portanti, nuove cure e nuovimedicinali.

Le ricerche programmatiche ci conducono verso conoscenze mi-gliori sulle nano tecnologie, esse penetrano nell’applicazioni medichee biologiche, delineando le future strategie per interagire sulle nano

scienze, influenzando i trattamenti medici.



6

Punto centrale è la determinazione di queste aree interdisciplinari,i valori tecnologici che scaturiranno le nano scienze, i benefici por-tati alla bio medicina ed infine il condizionamento e gli investimentifuturi.

Per dare spazio e visibilità alle aree emergenti di ricerca, necessitainterloquire con gli scienziati di tutto il mondo. L’aspirazione che in-tende raggiungere questa collana intitolata ricerca e innovazione dicoinvolgere tutte quelle persone che non avendo profonde conoscenzetecnico-scientifiche, potranno trovare interessante questo lavoro

L’editore



7

PREFAZIONE

Il XXI Secolo sarà considerato il periodo del Grande Cambia-mento nelle nuove tecnologie, un percorso che condurrà l’umanità

in aree nuove di ricerche e di sviluppo tecnologico; questa evoluzione si presenterà promettente, consentirà di attivare un volano per condurci verso un futuro migliore.

Nell’avviare il discorso sulla nuova realtà delle nano scienze, che presentano aspetti a dir poco sorprendenti, c’è da affermare che si fonda su una tecnica rivoluzionaria: la nano scienza basa la propriacapacità nell’organizzare la materia nell’ordine delle nano scale.

Le nano tecnologie operano nella fabbricazione di un materiale funzionale: il tutto avviene con attrezzi e sistemi che raggiungono,attraverso il controllo della materia, l’ordine delle grandezze di scalenano metriche tra (1-100 nano metri). La misura di 1 nm è rappresenta-ta dalla grandezza di 1 miliardesimo di un metro. L’esplorazione di

fenomeni innovativi e proprietà fisiche, chimiche, biologiche, mecca-niche ed elettriche, sono tutte modulate sulla lunghezza delle nano

scale.

Per meglio chiarire il concetto di nano tecnologie, dobbiamoquindi determinarle e comprenderle. La definizione finale è che lenano tecnologie sono l’intelletto e l’autorità della materia di accet-tare le dimensioni da 1 a 100 nano metri, dove le proprietà dellamateria differiscono fondamentalmente da quella di atomi indivi-duali o molecole o masse di materiali. In questi valori si definiscela scienza delle nano scale. Per l’ingegneria e la ricerca, le nano

tecnologie implicano immagini, misurazioni, modelli e manipolazionidella materia alla grandezza delle nano scale, inoltre comprende ecrea materiali, strumenti e sistemi per esplorare questi fenomeni, lo

scopo è realizzare nuove applicazioni.Gli indirizzi della scienza nelle nano tecnologie approdano ver-

so mete che pongono l’essere umano al centro di questo processo. Debellare il cancro, allungare la vita, migliorare la stessa, sonoqueste le direttrici centrali e anche sociali che bisogna mettere al

centro della comunità mondiale.



8

Le disfunzioni vascolari, polmonari, malattie del sangue sonoresponsabili per il 50% delle maggiori morti per malattie: solo in

America si stima che raggiungono 1,2 milioni di persone. A questoimmane calvario a cui è sottoposta l’intera umanità si spera che le

nano tecnologie e nano scienze diano il potenziale per infonderenuovi e molteplici contributi per individuare nuove diagnosi e terapie,mitigando nel futuro gli alti costi sociali della medicina.

Gli Stati Uniti rimangono il principale artefice in termini di svi-luppo. La nano medicina, da sola produce il 75% delle nano basimediche in termini di produzione, mentre il 25% delle basi medichee congegni candidati alla ricerca, iniziano a svilupparsi anche fuoridagli Stati Uniti in Canada, Australia, Israele.

È giusto oggi chiedersi se le crescenti tecnologie di miniatu-rizzazione che sono sbandierate come le scoperte del secolo, qualiconseguenze possono avere. Sarà frutto di una pubblicità fatta at-torno alle nano tecnologie fine a se stessa, oppure di una volontàa consolidare un progetto reale di ricerca pianificata, regolata da

seri principi normativi? Dobbiamo essere sicuri che sia effettuatauna giusta valutazione, la sua determinazione attraversa una serie

di settori che hanno iniziato solo ora a muovere i primi passi, all’in-terno di investimenti anche ingenti. Per quanto riguarda le nostrevalutazioni affermiamo con profonda certezza di giudizio, che le nanotecnologie saranno < La nuova frontiera del Secolo XXI >.

La società non può evolversi senza uno sviluppo economico e sociale che sia armonico al bisogno di progredire in conoscenza. Il valore della scienza e della tecnica, deve essere, principalmente,

legato ad una corretta evoluzione del lavoro, per imporre la creazionedi nuovi modelli di vita che fondano la loro centralità su profondeaspirazioni solidali, nel rispetto della dignità dell’essere umano.

Gli Autori



9

INTRODUZIONE

Le nano tecnologie sono aree nuove di scienza e ingegneria. Lanascita dei primi prodotti segnalavano solo modeste fasi di sviluppo.

Incamminandosi verso nuove conoscenze su quelle già in uso, si notòche la loro potenzialità era immensa. La conquista che molti sosteni-tori estremi reclamano, è che le nano tecnologie “riparano” il corpoumano, fino ad riuscire a sopprimere la morte. L’essere umano, nel

prossimo futuro, potrà aspettarsi di vivere per più di cento anni. Glisviluppi di nuovi problemi per l’intera umanità, sarà contagiata inmodo più marcato da fasi d’entusiasmo e pessimismo. Nei prossimianni in uno scenario per alcuni versi già presente, le nano tecnologie

potranno influenzare le scelte dell’umanità, aprendo anche delle apo-calittiche strade distruttive. In questo nuovo mondo si moltipliche-ranno le possibilità dell’autodistruzione: l’impiego di nano struttureaggressive, se scatenate da un male intenzionato o sviluppate, fuoricontrollo, da un ignaro quanto innocente scienziato, rendono anche

possibile ridurre la biosfera in una massa grigia e appiccicosa. Dob- biamo aspettarci molto di più tra un anno o tra dieci anni, per capire

quali potenzialità potranno scaturire dalle nano tecnologie.Oggi se presentiamo con un’immagine futuristica la costruzione

di nuvole, adattate per purificare l’atmosfera, esse possono subireuna fase di evoluzione in quanto l’utilizzo di nano pulitori impie-gati nell’ambiente finirà per rendere tali nuvole, tanto aggressive daattentare la vita umana. In questo momento sono già state realizzatediverse strutture di punti quantici nell’ordine di una nano particella di

0,5 nm, che iniettata nelle vene del sangue viaggia nel corpo umanocon l’azione di monitorare la presenza del cancro. Nell’immediato,il lavoro iniziale serve per sconfiggere il cancro: una battaglia chesi terrà nel corpo umano; oggi si investe nella messa a punto di tec-niche per il rilascio di medicinali che impiegheranno strumenti con

bersaglio mirato, attuando in seguito con tecniche non invasive, ladistruzione. Da gruppi di pressione è stato espresso il concetto chele nano tecnologie sono pericolose, quindi i media hanno raccolto a

volo questa evoluzione ponendola sotto osservazione e disegnando



10

prospettive solo negative. Una preoccupazione presente in questomomento, è considerare in modo esagerato la valutazione dellatossicità dei nano materiali. Si percepisce la necessità di istituireregole rigide di controllo, mentre è da condannare la mancanza di

dialogo che si dovrebbe tenere con il pubblico. In questi anni, gliscienziati hanno lavorato in gran segreto, sottilmente confusi ad altrie con molta enfasi. Molti altri scienziati hanno rilevato che ci sonomolte circospezioni positive circa lo sviluppo corretto delle nanotecnologie, a proposito di sicurezza e responsabilità, nei confrontidell’umanità. Nel frattempo, ci sono altri scienziati che sono molto

più cauti circa gli effetti che le nano tecnologie possono svilupparee portare a termine progressi nel miglioramento della vita umana.Dai documenti classificati si evince che si cerca di determinare comel’innesto di sangue artificiale rappresenta la via ad un nuovo campodi battaglia per il ritorno alla vita. Uno degli obiettivi è quello dirimpiazzare i donatori di sangue nelle terapie trasfusionali che oltrea coprirne le deficienze, evitano il rischio di generare sangue malato,inclusa la compatibilità per evitare contrasti con lo stesso tipo. Difatticiò supera il limite di piattaforma della vita, per raggiungere una

perfetta ibernazione. Questo processo avviene con la determinazionee l’aggiunta al sangue umano di polimeri dendrimeri, diversamentedistribuiti nel flusso sanguineo

Le condizioni confermano che il reale potenziale delle nano scalerappresenta un evento del tutto innaturale ed incerto: il confronto siaccosterà a quello reale, solo quando questo raggiungerà la popolazio-ne. Molte discussioni si aprono sull’impatto che le future nano scienze

avranno quando, convogliando le potenzialità economiche sul sistemasociale, esse andranno integralmente riversate sulle «nuove tecno-logie» abbattendo ogni pregiudizio allo sviluppo e all’impiego deinano prodotti. Nell’insieme bisogna valutare quali sono le conoscenzecorrenti che consentono il loro naturale percorso e la congiunzionetra l’aspetto economico e quello sociale. Le tecniche progredite divisione dei piani molecolari e atomici sono una parte decisiva nellosviluppo delle nano tecnologie, naturale è quindi attendersi che le

applicazioni reali possano seguire l’evoluzioni delle nano scienze e

Nano tecnologie la rivoluzione in medicina



11

delle nano tecnologie.Le correnti di pensiero moderne definiscono le basi naturali nelle

nano scienze e nano tecnologie, studiano e scoprono la percezionee l’impiego reale, iniziando dall’applicazioni commerciali senza

tralasciare le considerazioni sulle dimensioni sociali della loro dif-fusione. Altre volte, o altre strade, determinano le convergenze sunuove tecnologie che vengono mediate come «scoperte del secolo» e danno vita a nuove società, a nuova impresa dove i bilanci di ricer-ca e di sviluppo diventano la base potenziale, sempre più grande, a

prospettive d’aperture di nuovi mercati che fanno luccicare gli occhidegli investitori. Alcune considerazioni vengono evidenziate, sefacciamo dei passi indietro, riferendoci al secolo scorso. Alla bontàdi tecnologie largamente diffuse si sono accompagnati e manifestatieffetti collaterali molto negativi scoperti, a volte, solo con l’impiegodi massa. Per esempio, prima del 1929 i prodotti con gas tossici comel’ammoniaca, cloruro di metile e ossido di zolfo erano utilizzati comeantipiretici, tuttavia in seguito ad incidenti causarono perdite di viteumane. Nel 1928 fu scoperta una nuova famiglia di prodotti chimicinon tossici, il cloro fluoro carbonio che diventò uno dei componenti

principali per gli antipiretici.Solo dopo decenni si scoprì che l’emissione di Cfc nell’atmo-

sfera scioglieva lo strato d’ozono della stratosfera della terra. Altriesempi possono essere riportati e rappresentati, tra questi, il Ddt ela benzina con l’aggiunta di piombo tetraetile, lo stesso smisuratoimpiego dell’amianto. Tecnologie del passato che, inizialmenteindicate come promettenti, solo più tardi, sono state valutate per le

tante conseguenze indesiderate che producevano. Noi abbiamo cercato di individuare un percorso innovativo nelcorso della stesura di questo libro, unendo le considerazioni sull’im-

piego delle «Nano Tecnologie in Medicina» e il rapporto che avremocon i nano materiali. Le nano tecnologie sono state annunciate comeuna nuova rivoluzione tecnologica. Per molti questo potenziale èchiaro e fondamentale, questo cambiamento è così profondo chedovrà toccare tutti aspetti dall’economia, fino ad arrivare al benes-

sere della società. Gli industriali, le università, i governi e i gruppi

Introduzione



12

d’interesse pubblici, superate le potenziali responsabilità e i possibilirischi del mercato, dovrebbero attivare una profonda collaborazioneal fine di determinare quale tipo di prove debbano essere necessarie

per affermare in sicurezza questi nuovi prodotti.

Le aziende dovranno presentare certificazioni sulla bontà e lasicurezza reale, prima che i prodotti siano immessi sul mercato.Un ottimismo tecnologico guarda ad una società in trasformazione:questo è il modo migliore per l’affermazione delle nano tecnologie.Per questo, si dovrà ridurre la produzione di beni e servizi, per-mettendo di raggiungere lo sviluppo di nuovi prodotti con tecnicheinnovative d’auto assemblaggio nella produzione e permettere allefuture miniaturizzazioni di affiancarle con sicuri sistemi di control-lo. E’ determinante in un immediato futuro: costruire un’efficienteamministrazione di prodotti, tale da richiedere un impegno per classificare e gestire qualsiasi potenziale rischio. In un impegno dicollaborazione, sarebbe necessario stabilire norme temporanee per le nano tecnologie applicabili in tutto il mondo, per dare il tempo disviluppare le normative necessarie. Il solo vedere che gli effetti socialivanno a modificarsi, crea penetrazione in nuove basi rivoluzionarie.

In futuro si affermerà una nano società, l’energia dovrà essere più pulita e abbondante, l’ambiente dovrà essere riparato e portato ad unostato accettabile, alcuni generi di materiali possono essere prodottia un costo più basso. Nel nostro Paese non ci sono progetti e lineeguida di ricerca, né quinquennali e né decennali. Questa situazioneè presente perché vi è una forte mancanza di coordinamento tra la

politica, i settori industriali strategici e le istituzioni di ricerca: questa

deficienza deve essere immediatamente colmata.Essere assenti in questo naturale processo innovativo è dichia-rarsi fuori dal mondo industrializzato per i prossimi anni, significaessere tagliati dall’innovazione, essere emarginati da un mercatomondiale stimato dal 2007-2020 in 1$ trilione di dollari di nuovi

prodotti. Il ritorno degli investimenti nella ricerca percorre rientrilunghi, le nano tecnologie porteranno alla comunità mondiale unmiglioramento nella vita sociale, politica, economica e legale, una

nuova etica, cambiamenti nell’ambiente e nella sicurezza.




13

INDICE

Presentazione ............................................................................................5Prefazione .................................................................................................7Introduzione ..............................................................................................9

Indice.......................................................................................................13Le nano scale in medicina ......................................................................15 Nano Medicina ........................................................................................ 21Interazione proteine-proteine ..................................................................23Trasporto intra cellulare ..........................................................................24Dinamica bio molecolare ........................................................................24 Nano tecnologia e medicina ...................................................................31 Nano tecnologie e la salute umana.........................................................35Abilitazione di nano scale ......................................................................39

Il cancro e le nano tecnologie ................................................................43Il cancro ..................................................................................................45 Nano tecnologie per la sconfitta al cancro .............................................51 Nano tecnologie e diagnostica ................................................................57Cancro terapia e nano tecnologie ...........................................................73 Nuove tecnologie nelle immagini molecolari ........................................77Strumenti analitici qualitativi ................................................................78Integrazione d’informazioni ...................................................................79Studi di un modello fisico delle cellule come una macchina ................79Le nano tecnologie avanzano nelle imagini del cancro ........................ 81Un segnale spinge le immagini ..............................................................84 Nano biologia ........................................................................................91Il cambiamento in biologia e medicina ..................................................93Abilità tecnica di microscopi ottici nelle nano tecnologie ................... 95Microscopio a forze atomiche ................................................................96Bio coniugazione e bersaglio ...............................................................100Scienza bio medica ...............................................................................101Consegna dei medicinali .......................................................................102L’ingegneria dei tessuti .........................................................................103Il laboratorio in un pezzettino ..............................................................104Medicina e salute ..................................................................................106Cosmetica e cibo ...................................................................................107Miglioramenti tecnologici ..................................................................... 109Profili genetici e analisi del DNA .........................................................109Clonazione ............................................................................................ 110Organismi modificati geneticamente .................................................... 111Ampiezza dei problemi e implicazioni ................................................. 113Terapia e sviluppo delle sostanze medicinali ........................................ 116

Costi e economia ................................................................................... 117

Indice



14 Nano tecnologie la rivoluzione in medicina

Ingegneria biomedica ............................................................................ 118Materiali artificiali, organi, e bionica ................................................... 119Bio-imitazione e biologia applicata ......................................................121Chirurgia e biotecnologia diagnostca .................................................... 121Problemi e implicazioni ........................................................................122

Bio compatibilità ...................................................................................124Ricerca e monitoraggio .........................................................................125Interventi ...............................................................................................126Sostituire ...............................................................................................127Riparare .................................................................................................128Eterostasi ...............................................................................................129Limitazione delle nano tecnologie ........................................................130Malattie e cure ....................................................................................... 131Perdita del telomero ..............................................................................131

Accumulazioni chimiche ......................................................................131Danni al DNA .......................................................................................132 Nano navicelle ......................................................................................132Danni al cervello ...................................................................................133Deficienze ormonali ..............................................................................133Infezioni ................................................................................................134Incidenti ................................................................................................135Malattie correlate al sangue ..................................................................136Problemi genetici ..................................................................................137Sovrappopolazione ................................................................................137Condizioni di salute ..............................................................................138Etilesmo ................................................................................................138Altri rischi .............................................................................................139Dibattito sulle nano tecnologie .............................................................141Campioni di nano tecnologie ................................................................146Dimensioni sociali ................................................................................147La rivoluzione tecnologica ....................................................................155

Il futuro cambiamento ...........................................................................167Conclusioni ...........................................................................................171Glossario ...............................................................................................173



15

LE NANO SCALE IN MEDICINA

Una rivoluzione è iniziata nella scienza, ingegneria e medicina,essa si basa sull’abilità di caratterizzare, manipolare e organizzare

la materia sistematicamente nei valori delle scale nano metriche.Le nano tecnologie inizialmente esprimono l’abilità di lavorare aquesto livello. Il controllo di strutture che si affermano nelle nanoscale, determinano la composizione di una vasta quantità di materialicon sistemi e architetture innovative in blocchi costruiti delineandonuove e fondamentali organizzazioni molecolari. E’ determinantecomprendere queste larghe scale assemblate nonchè il controllo e lacostruzione di sotto strutture ed elementi che rimangono nelle nanoscale. Le nano tecnologie offrono l’opportunità per la creazione el’impiego di materiali, congegni e sistemi da costruire al livelloatomico e molecolare.

Le nano scale sono congegni in qualche modo costruiti da uno acento volte più piccole delle cellule umane. Essi sono simili in gran-dezza a molte molecole biologiche (bio molecole), come enzimi erecettori. Un esempio sono le molecole di emaglobina che trasportano

ossigeno nelle cellule del sangue, esse sono approssimativamente 5nano metri di diametro. Le nano scale attrezzano piccole strutturedi 0,5 nano metri che possono facilmente entrare in molte cellule,mentre quelle piccole di 0,2 nano metri possono muoversi dentro il

vaso sanguineo e circolare attraverso il corpo.

Nelle loro piccole grandezze, i congegni costruiti sulle nano scale

Fig. 1:Valori delle nano scale.



16

possono interagire con bio molecole sia sulle superfici degli elementiche nell’interno delle cellule medesime. La facilità di accesso in moltearee del corpo, la potenzialità di individuare malattie e il trasportodi trattamenti, aprono strade inimmaginabili prima d’ora. La scienza

delle nano tecnologie dovrà rappresentare nell’immediato futuro ilmigliore contributo allo sviluppo della biologia e della medicina. Lelinee guida che dovranno considerarsi rilevanti in nano medicina,sono:

– Sviluppo d’attrezzi spettroscopici (scansione di sonda, sonde a punti quantici, spettroscopia a forze atomiche) , impieghi di metodidi calcolo per ricerche di nano scale su processi cellulari, analisidi strutture per l’estrazione d’informazioni su nano scale biologichee nano scale di materiali e macchine;

– Ricerca su principi fondamentali per disegni di nano scale checonsentono l’integrazione e l’applicazione di strumenti sviluppati

per misure d’immagini per processi biologici in salute; – Il disegno di nano scale dovrebbe essere usato con le cellule per

sostituire i difetti naturali e allo stesso tempo, l’uso di nano strutturedeve servire anche per scopi terapeutici in cellule normali;

– L’integrazione d’attività molecolari biologiche, per attivare studi su motori molecolari e membrane, pompe con sistemi d’ingegneria pronti a creare macchine viventi per essere utilizzate nellabiologia, nella diagnosi di malattie e delle terapie;

– Lo sviluppo di nano sistemi per attivare le capacità di trat-tamento di cellule e molecole, riordinando e percependo le nanotecnologie come base di particelle e strumenti;

– Affermazione di nuovi metodi sintetici che devono consentiredi generare nano strutture funzionali, caratterizzate da precise earchitetture per lo studio di sistemi biologici, diagnosi delle malattiee definizione delle terapie;

– Disegni di nano-sensori devono ritenersi adatti per trasdu- zioni chimiche, informazioni all’interno delle regioni molecolari ecircostanti alle cellule individuali, includendo il monitoraggio in siticon processi bio chimici e azioni terapeutiche, inclusi gli agenti far-

maceutici all’interno di singole cellule, come anche il monitoraggio




17

che risponde ad un suo specifico ambiente; – Lo sviluppo di nano particelle abilitate al controllo relativo

agli agenti terapeutici, anticorpi, geni e vaccini dentro gli obiettivicellulari;

– Sviluppi di nano tecnologie che ci conducono verso la fabbricazio-ne di pezzi funzionali di ricambio nell’architettura costruttiva deitessuti;

– L’uso affermativo di nano scienze e nano tecnologie avvicinail controllo delle interfacce tra prostatico ed extra corporeo conattrezzi e tessuti.

Le risposte derivanti dalle linee programmatiche consentono l’op- portunità di esplorare nuove e determinate proprietà che emergonodalle nano scale. Le nano tecnologie si apprestano a giocare un ruoloimportante nelle discipline scientifiche, alcune fondamentali come lafisica, la scienza dei materiali, la biologia, la medicina, l’ingegneriae la simulazione al computer. Le discipline prima elencate interven-gono su misurazioni e osservazioni dei fenomeni e dei processi allenano scale, dando vita a sperimentazioni teoriche e pratiche con laconseguente determinazione di attrezzi di nano materiali in medicina.

Questi avanzamenti prevedono e rinnovano significative opportunitàdi sviluppo scientifico dei materiali nano strutturati, nano congegni esistemi di cui possono beneficiare sia la biologia che la medicina.

Le applicazioni potenziali di nano tecnologie e nano scienze sonorilevanti nei problemi chimici del cuore, polmone, sangue, e disordinedel sonno; queste ricerche sono ricche di opportunità. Le diagnosi eil trattamento della vulnerabilità delle placche di sclerosi rappresen-

tano un’area interessante dove la presenza di nano particelle e nanocongegni hanno una grande potenzialità. Le possibili implicazionidebbono evitare le diagnosi invasive: magnifiche sono le teorie cherendono possibile l’obiettivo di raggiungere le placche sclerotichecon l’intento di stabilizzarle oppure di lavorare sulla rimozionedelle stesse, con tecniche che impiegono lipidi ossidati con proteinee nano congegni che attaccano le placche instabili mediante l’azionedi radio diffusione esterna al fine di produrre la rottura delle stesse.

Riparazioni e rigenerazioni sono aree con ampie implicazioni per la

Le nano scale in medicina



18

salute pubblica, quindi le nano tecnologie dovrebbero avere un gran-de impatto, per esempio prevedere l’impianto di armature superiori,come la protezione d’innesti vascolari attraverso la generazione ditessuti del cuore e del polmone.

Nano e micro particelle biodegradabili come la citochina, sonograndi fattori angiogenici: esse determinano la potenzialità per guidare le riparazioni dei tessuti in vivo. Malattie infiammatorie ai

polmoni rappresentano alcuni bersagli per la diagnosi e la terapia,utilizzando nano tecnologie. Queste terapie con nano particelle sonocapaci di influenzare le funzioni alveolari. Esse dovrebbero rilasciarei medicinali solo dove e quando servono: restrizioni di medicinali neitrasporti ed effetti in aree che presentano condizioni di malattia etero-genee. Congegni di monitoraggio delle trombosi ed eventi emorragicisono altri obiettivi potenziali per nano tecnologie e nano scienze.Congegni multifunzionali dovrebbero detenere eventi, trasmissioniin tempo reale, dati biologici esterni, trasportare anti coagulanti efattori di raggruppamenti, mentre il paziente riceve il trattamento.Questi menzionati, sono settori essenziali da sviluppare nella ricercadi nano tecnologie e nano scienze per la medicina, insieme allo stu-

dio approfondito delle garanzie affinchè le nuove tecnologie sianosicure nella fase d’applicazione. Bio sicurezza (tossicità, immunerisposte) dovrebbero essere considerate in tutte le applicazioni. Learee d’intervento in medicina, dovranno rappresentare i seguenti

progetti applicativi: – Applicazioni preparate con nano e micro strutture a forma di

ponteggi impiegati come base per riparare i tessuti e le cellule per

sostituire organi e vasi; – Sviluppo di sensori multi-funzionali per rilevare eventualitrombosi, trasmissione in tempo reale di dati biologici fuori e dentroil corpo e trasporto d’agenti terapeutici anti coagulanti;

– Utilizzo di sonde bersaglio per la determinazione della vulne-rabilità di placche per la sclerosi con l’obiettivo di operare cometrasporto di terapie;

– Studiare una fase di sviluppo sull’inalazione: la ricerca deve

avvenire mediante impiego di bio sensori, capaci di disporsi in




19

micro ambienti nei polmoni, per migliorare le diagnosi dei segnalianti-infiammatori ai primi sintomi;

– Costruire uno strumento per il controllo delle nano particelle,con impiego in vivo di sensori per il monitoraggio della concen-

trazione dell’ossigeno nel sangue, per fare funzionare il cuore econtenere il problema durante il sonno; – Impiego di lipidi basati su nano particelle per essere impiegati

in siti specifici per il trasporto d’anti infiammatori e terapie anti mi-cro biologiche, seguite dall’epitelio polmonare e la mitigazione dellatossicità. Attivare terapie dirette dentro bio film batteriologici;

– Una fase concreta deve essere condotta sui disegni genetici per l’ingegneria delle proteine inorganiche, anche attraverso laricognizione delle molecole inorganiche, proponendo congegni biocompatibili per diverse terapie;

– Utilizzo d’auto assemblaggio di peptidi e carbonio nano tuboa forma di ioni artificiali per funzioni applicative.

Oggi, fondendo la biologia di materiali sintetici, alcuni ricercatorihanno prodotto strutture ibride che funzionano come motore in nanoscala, a cui è attaccata una proteina complessa ad aste di metallo, la

quale assembla una nano struttura fibrosa sorretta da altre matrici.Questi motori possono essere usati per imitare strutture e costruirenano tubi basati su un unico assemblaggio di molecole di peptidi

per nuovi antibiotici. Alcune nano strutture come nano cristalli, sono pronti ad avere un rilevante impatto sulle ricerche nano tecnologiche.Polimeri dendrimeri provvedono a controllare bene i blocchi funzio-nali di costruzioni che possono essere usati in tantissime applicazio-

ni, arrivando a coinvolgere congegni uni molecolari come un nanoreattore, per sensori complessi e trasporto di medicinali bersaglio.Punti quantici fluorescenti tra 2 e 7 nm di diametro, diventano sondecon alta sensibilità che possono essere usate per esplorare le cellule

bio molecolari e i tessuti alle nano scale. Nano macchine naturali,alcune come motori, pompe e valvole sono destinate ad alimentaredisegno e sviluppo di elaborati congegni ingegneristici.

Queste nano macchine catalizzano le reazioni chimiche, tradu-

cono informazioni e trasportano materiali dentro e fuori le cellule.

Le nano scale in medicina



20

Recentemente, come punto di partenza, è stato preso l’impiego diqueste macchine con capacità fuori dall’ambiente naturale e sonostate migliorate in sistemi costruiti per determinare e comprendere leloro potenzialità biologiche e fisiologiche. Importante: queste nano

macchine possono anche essere usate nel trasporto di nano conge-gni per migliorare alcune situazioni come la direzione del trasportodei farmaci e di altri agenti. Durante gli anni passati, i ricercatorihanno sviluppato la tecnologia per la conoscenza rapida, genetica efunzionale, delle molecole del DNA producendo informazioni cheincludono la detenzione di mutazione e la misurazione dei livelli diespressione. In ogni modo, con il completamento della mappaturadel genoma umano, cosi come per i batteri, i nuovi tipi di indaginee le nuove metodologie saranno richieste per interpretare e usarele informazioni genetiche in modo efficiente e corrette. Il lavorosu queste nuove frontiere, in chimica, espande processi parallelid’informazione biologica e di analisi delle proteine insieme ad altre

bio molecole. Le nano tecnologie hanno la grande potenzialità direplicare, intensificare ed espandere ogni processo analitico cono-sciuto. Le nuove ricerche fanno emergere lo sviluppo di strumenti

analitici che possono sondare e manipolare anche le singole molecolealle scale nano metriche. Per esempio si sta lavorando su congegniche sviluppano le sequenze basate su nano pori delle molecole delDNA. Questi congegni possono altrettanto distinguere le molecoledel DNA che differiscono da altre singole coppie basi. Riportate sulsegnale elettrico, producono un DNA interattivo con un poro inseritodentro una membrana.




21

NANO MEDICINA

I comportamenti dei sistemi viventi, seguiranno dei cambiamenti ariguardo delle scale nano metriche, questi disciplineranno la chimica,

fisica, biologia, in stimolazioni tutte convergenti. La nano medicina èl’applicazione di nano tecnologie nella prevenzione e trattamento dellemalattie nel corpo umano. La scienza della nano medicina, è un ramoderivante dalla nano tecnologia e rappresenta un nuovo termine la cuidefinizione è in evoluzione. Nella presente situazione, si riferiscead una medicina specifica che interviene sulle scale molecolari, per curare le malattie e “riparare” i tessuti. L’avvicendamento di questolavoro ai trattamenti classici si avverte sul campo, bisogna quindisupportare politicamente e di conseguenza economicamente le ricer-che migliori per ottenere le conoscenze necessarie per fare della nanomedicina una realtà applicabile alle persone. La disciplina, nei suoi

primi passi dovrà armonizzarsi progressivamente nel corso del XXISecolo, racchiude tutte le potenzialità del cambiamento della scienzamedica. I principi fondamentali sono valutati in temi disciplinati ecapaci di sviluppare ed applicare nano tecnologie e nano scienze con

soluzioni nella diagnosi e il trattamento di disordini cardio vascolari, polmonari, ematoproteico e il disordine del sonno. Per esempio, inuovi attrezzi sviluppati e da sviluppare, permettono immagini distrutture alle nano scale, alta velocità e misurazione della causa dellamalattia attraverso l’assemblaggio molecolare e misurazioni di forzealle scale molecolari.

La nano medicina è distinguibile mediante l’impiego e l’inte-

razione di nano macchinari, ad un livello di precisione che non èstato mai raggiunto: pertanto essa dovrà determinare il processo diriconoscimento cellulare. Tutte queste iniziative dovranno esploraree costruire ricerche in nano tecnologie, applicate, per altro, a studimolecolari, studi dei sistemi vitali delle cellule, studi dei contenitoridi una moltitudine di strutture di scale, alcune come trasporto dimembrane, altri processi come auto assemblaggio di proteine, acidinucleici complessi, nano macchine rivolte verso motori molecolari.

Per determinare percorsi che non sarebbero mai stati percepiti, un



22

fine interessante è quello di attivare tecniche di manipolazione in processi intra cellulari. Come prima fase, quest’iniziativa dovrà con-cludersi con la necessaria precisazione dei contenuti cellulari, dentrola collezione dei dati dei livelli molecolari con l’impiego di concetti

e modelli di analisi, attraverso la creazione di attrezzi fisici per ma-nipolare il processo degli elementi delle cellule che sono in vita. Noianticipiamo che queste conoscenze dovranno costituire basi scienti-fiche essenziali per rispondere alle richieste di riparare e ricollocare idanni al sistema delle malattie cellulari. Altro aspetto importante è laricognizione del controllo preciso che viene richiesto per manipolarei componenti delle cellule, quindi la conoscenza e l’uso dei principidell’ingegneria. A questo fine, l’avvicinamento e il relativo monito-raggio, dovrà essere informato del disegno principale, raccogliendodai processi le strutture fondanti delle cellule viventi. In altre parole,i tessuti biologici hanno evoluzioni eleganti, sentieri intricati, strut-ture molecolari, “attrezzi” nelle nano scale. L’esplorazione a lungotermine di questi disegni serve a costruire nuovi congegni nelle nanoscale per usi bio medicali.

Nel considerare la nano medicina, essa apre breccie nelle nostre

conoscenze circa le caratteristiche fisiche di elementi cellulari, alcu-ni come la loro esatta quantità e variazione, locazione, interazione,affinità, flessibilità e nozioni interne. Il progresso è ostacolato damolti difetti d’informazione che vanno colmati con il potenziamen-to dei modelli analitici delle interazioni molecolari. Molti modellicomprensibili e descritti nelle strutture cellulari e associazioni dicellule, dovranno essere sviluppati grazie alle conoscenze date da

precise misurazioni fisiche. Nuovi metodi fisici, strumenti e attrezzi possono essere sviluppati, in aggiunta a modelli computazionali per collezionare ed immagazzinare dati da cui tirare fuori rappresenta-zioni e analisi teoriche.

Nell’esaminare gli orizzonti a lungo termine, noi ci aspettiamoche il livello successivo delle ricerche dovrà identificare e definire idisegni principali e i parametri operazionali occorrenti a nano strutturee cellule complesse. Queste conoscenze dovranno sviluppare strategie

e metodi di fabbricazione per costruire nano strutture, assemblaggi e




23

sistemi che recentemente vengono depositate su parti specifiche per controllare varie sezioni di cellule, dalle piccole molecole, alle arga-nelle larghe, con la finalità di trattare le malattie e riparare il danno.L’impegno che bisogna portare a termine sono i miglioramenti sulla

salute umana, serve impiegare nuovi materiali in nano scale, come pure serve portare la responsabilità di cercare l’interazione tra la fisicadei materiali e i congegni che si sviluppano nei tessuti biologici. Moltinano materiali esistenti (carbonio nano tubo e punti quantici) sonodesignati per bio compatibilità e bio degradabilità in nano medicina.Una determinazione del nostro entusiasmo è il disegno di particelle,materiali e congegni che possono essere usati in vivo. Quello di cuiabbiamo bisogno è imparare la grandezza degli elementi in ordine al-l’ingegneria molecolare. I seguenti esempi specifici sono rappresentatisolo per illustrare che noi partiamo dalla fisica: le misure quantitativesono richieste per amplificare le nostre conoscenze. Noi non usiamo lasuggestione, questi esempi sono visti e vanno valutati come particolaritipici che vanno ad integrare il nostro discorso perchè individuanoaree di ricerca che sono più o meno gia presenti.

Interazione proteine-proteineLe conoscenze dell’interazione di proteine sono cruciali per

comprendere il sentiero e le linee con e tra le cellule. Collezioni einterazione di proteine-proteine, espresse come informazioni sulla

base del genoma-ampio, sono ora possibili. In ogni caso, molte degliavvicindamenti richiesti hanno un grande bisogno delle informazioniche ancora mancano. In fermento sono le misure ibride, per esempio:

rimuovere le sequenze del codice delle proteine nel DNA dalle celluleoriginali e inserire loro in ambiente artificiale. Nel fare, questo sottile passaggio dall’attuale intra comportamento cellulare è scomparsocome una conseguenza di questa manipolazione sperimentale. Irisultati sono anche non quantitativi, le richieste pervengono con ilrispetto a costruire fasi costanti. La generazione futura di strumentiavrà bisogno di abilitare le funzioni di analisi precise, qualitative equantitative, nello studio delle interazioni di proteine.

Nano medicina



24

Trasporto intra cellulareIl sistema di trasporto si presenta bene in cellule eucariote, orga-

nizzato a muoversi con arganelle dentro il citoplasma. Il sistema ditrasporto orchestrato per migliorare la distribuzione di cromosomi

replicati a cellule morbide, si presenta come macchina base per lamigrazione cellulare. Anni di ricerche innovative hanno generatoconoscenze dettagliate nell’organizzazione di cellule e il controllodi questi sistemi dinamici. Sono stati sviluppati modelli matematicie metodi operazionali specifici, ma molti dei parametri chiave, comeil rapporto di polimerizzazione, l’enucleazione, la dissociazione,

possono essere stimati ma non possono essere misurati direttamente.I miglioramenti delle misurazioni centrate alle funzioni di questisistemi di trasporto sono necessari. Gli sforzi delle fibre, le forzegenerate da assemblaggio di queste fibre e da interazione di fibre conaltre strutture cellulari e le forze che causano l’adesioni a substrati,correntemente non possono essere misurate in vivo.

Dinamica bio molecolareLa misurazione dei processi molecolari su un tempo biologico

rilevante si presenta inadeguata. Per esempio, far raccogliere dieci ocento cellule per misurare cambi espressivi dentro la concentrazionedi rilevanza molecolare, segnala la richiesta di studiare un secondomessaggio. Il metodo richiede tempi sostanziali: prima della misuradei dati occorre un minimo sull’ordine dei secondi. In 10 secondi, unagrossa quantità di materiali sono fattibili rapidamente pertanto sononecessari strumenti più veloci per studi di precisione sugli eventi delle

nano scale. L’informazione di questi tipi di studi è distribuita sullarichiesta di precisione per molti modelli qualitativamente definiti.E’ necessaria una grande visione differente per gli attrezzi e per lostudio di eventi di rilevanza biologica: occorrono sonde molecolariintra cellulari con tempi di scala in mille secondi con, incluse, quelleuniformi in micro secondi. Per meglio comprendere le patologiemolecolari di alcune malattie, questi progressi si completano con le

parti biologiche delle nostre conoscenze che riguardano il menoma

umano. Queste conoscenze hanno dimostrato, ad esempio, che in




25

molti casi di distrofia muscolare progressiva viene a mancare la di- strofina, una proteina necessaria per la normale attività della cellulamuscolare; in molti casi di fibrosi cistica non si forma una proteinaregolatrice di membrana necessaria per gli scambi ionici che favo-

riscono di norma le secrezione di prodotti cellulari.Il futuro della nano medicina rappresenta la promessa, il bancodi prova per il controllo della macchina intra cellulare, dalla letturadagli strumenti alla migliore diagnosi di trattamenti specifici di ma-lattie con alcuni effetti di parte. La quantità caratteristica delle scale

per gli elementi molecolari determinano il controllo preciso del nanomacchinario nelle cellule, con questo la manipolazione delle molecolee assemblaggio di super molecole su e dentro cellule viventi servea migliorare la salute umana.

Una scala di circa 100 nm è il valore più basso di queste molecole biologiche; in questa scala si forma la base del sistema che induce ilcontrollo a segnalare la mobilità delle cellule. La sagace conduzionedei ricercatori ha determinato, negli anni passati, notevoli progressiscientifici tali, oggi, da rendere particolarmente mature le ricerchesulla nano medicina. Le combinazioni di strumenti elementari nano

medicali dovranno essere usati per la diagnosi. Le combinazioni conl’alta risoluzione, alcune come quelle dei cicli a microscopio, quellia forze atomiche, lo sviluppo delle funzione di nano manipolazione,la micro analisi basata su un laser. Le sequenze riportate sono lericerche giuste per attivare l’espansione di campioni biologici e lagenerazione di specifiche sonde molecolari per l’applicazione nelsettore diagnostico. Quanti colorati e specifici gruppi di monitoraggio

che sondano i cromosomi, rappresentano strumenti che prevedonoun’enorme quantità di applicazioni nelle ricerche citogeniche sulcancro. In patologia legale il microscopio a forze atomiche (MFA)offre informazioni efficienti sull’assemblaggio di fibrilla e sulle ultrastrutture di collagene fibrilla. Le conclusioni a cui è possibile giungeresono la fisiologia, incluse eventuali patologie disegnate dal collagenefibrilla, e anche dentro possibili cambi diogenetici distruttivi di questafibrilla. Per l’estrazione di un DNA antico, incassato in sezioni d’osso

di campioni d’antichi Egizi, sono state usate sezioni d’osso di 50 µm

Nano medicina



26

in diametro, correttamente isolati per l’analisi del DNA.Certamente, un importante settore delle nano tecnologie è la nano

biotecnologia, questa rappresenta un’integrazione tra le nano tecno-logie e il disegno di strutture artificiali nano metriche: la biologia

e la scienza medica guardano a questo connubio. Queste sono duedirezioni nella quale le interazioni possono essere considerate:- Primo, strutture create con nano tecnologie possono essere usate

come macchine con scopi raffinati, riversabili in materiali di biologiae di medicina.

- Secondo, la biologia molecolare può essere usata per assemblarestrutture in nano scale.

Il sogno dei nano tecnologisti è certamente raggiungere uno svi-luppo profondo, costruendo macchine macroscopiche a grandezzenano metriche. Un micro nano sistema principale, viene già utilizzatonella distribuzione dell’insulina. Generalmente un paziente diabeticoutilizza una siringa per iniettarsi la quantità d’insulina necessariaal suo equilibrio personale. La siringa è una distribuzione fissa chedeve essere utilizzata per tutto il resto della giornata, mentre un si-stema continuativo costruito mediante micro sistemi può distribuire

in modo automatico secondo le richieste del corpo, l’insulina per tutta la giornata. Il sistema di micro distributore contiene un microapparecchio elettromeccanico che può essere applicato al corpo del

paziente in modo permanente. La distribuzione dell’insulina avvienemediante micro aghi nell’ordine di 100 micrometri, le cui punture sonoinsensibili per il paziente. Il distributore contiene un micro sistemaelettromeccanico costituito da un micro serbatoio diviso da una mem-

brana deformabile e due valvole all’estremità. Inizialmente si applicauna tensione elettrica sul micro sistema che contiene 150 nano litrid’insulina, la membrana si deforma e comprime l’insulina che apreuna valvola ed effettua l’evacuazione nel corpo, quando la tensioneelettrica termina la membrana riprende la sua forma iniziale e chiudela pompa aperta in precedenza. Questo sistema di nano iniezione, per-mette l’immissione di una quantità precisa e programmata d’insulinaal paziente. Queste procedure non sono contaggiose, avvengono in

modo isolato, eliminano il problema della contaminazione.

Nano tecnologie la rivoluzione in medicica



27

La specificità confermata dell’isolamento del materiale PCR per b-actina e amelogenesi viene assolta nel DNA. Queste diagnosi emetodi d’isolamento sono anche stati eseguiti sulla mummia di Oetzivecchia di 5300 anni, l’uomo trovato nel ghiacciaio del Simulaun in

Alto Adige al confine con l’Austria.I blocchi nano costruiti di molecole, proteine, acidi nucleici, lipidi,carboidrati e altri imitatori non biologici, sono esempi di materialiche possiedono proprietà uniche. I comportamenti recenti di strumentinano fabbricati sono sistemi affascinanti, che oggi creano processilaboriosi di sequenze del menoma, inclusa la determinazione di geniche possono essere più evidenti ed efficienti, attraverso l’impiego disuperfici nano costruite con attrezzi appropriati. Potenziando l’abilitàdi caratterizzare una facciata genetica individuale, si potranno rivo-luzionare le proprietà specifiche diagnostiche e terapeutiche. Trasfe-rimenti di batteria di geni studiati al livello come singole molecole, i

batteri impiegano una varietà di molecole, motori simili ad involucridi cellule, che si muovono e comunicano con il loro ambiente. I ri-cercatori sono interessati alle macchine molecolari che trasportanoil DNA attraverso gli involucri durante la trasformazione.

Le modifiche permettono ai batteri di acquisire diversità gene-tiche, includendo resistenza agli antibiotici e tratto di virulenza. Il

primo passo di trasformazione è il trasporto del DNA attraverso unagrandezza nano metrica porosa negli involucri di cellule batteriche.

Negli esperimenti preliminari sono usate pinzette laser con bacilliviventi di subtilina per raffigurare che il DNA è una macchina ditrasporto, un motore generante. Il progetto è comprendere la fisica

meccanica e la regolazione di questo processo di trasporto; la do-manda è: come passano le molecole motore attraverso un nano porodelle cellule membrane?

Il trasporto delle macro molecole attraverso una grandezza nanometrica porosa è un tema onnipresente in microbiologia per le cellule

biologiche e il cambiamento nei problemi fisici. Le ricerche sonofocalizzate su bio fisica e scienza dei materiali, in un rapporto trastrutture e successione di fili di lipidi a processi molecolari legati a

superfici di cellule. Le due interpretazioni tra fisica e scienza della

Nano medicina



28

vita, che spronano le ricerche sono:- la biologia moderna che procede con assordante chiarezza su

campioni controllati conducendo esperimenti fisici precisi e seguendoi disegni di nuovi materiali con nuove proprietà;

- i concetti che sono sviluppati in fisica, seguono una miglioreconoscenza dei meccanismi base dell’organizzazione come sistemidi vita.

La complessità dei sistemi biologici richiede verifiche tecniche possibili e molto differenti tra loro, ma anche attuabili, molti deinuovi approcci sperimentali sono sviluppati in fisica. Altre stradevengono seguite come l’assemblaggio bio molecolare: il tutto avviene

per contatti usati con nano particelle d’oro con carbonio nano tubo.A questo fine, il carbonio nano tubo costruito con pareti singole èattivato con biotina alla loro fine e a fianco delle pareti esagonali,trasportandole in una serie di reazioni chimiche. Antibiotici rivestiticon nano particelle d’oro sono attaccati in soluzioni alla biotina mo-dificata alle singole pareti di carbonio nano in un processo d’autoassemblaggio e contattato in un trasporto elettronico misurato. A

basse temperature, l’oscillazione della carica elettrica di Coulomb èosservata come una funzione di cancello voltaico. I valori del DNA

presentano figure sagomate le cui direzioni sono dirette all’aumentodella catena delle nano particelle che esplicano l’azione di semi-conduttori, inclusi sono anche i poli d’aniline a forma di fili, sonosusseguentemente caratterizzati con misure di trasporto d’elettroni.

Progetti differenti sono concentrati sulla costruzione di DNA-basato

Fig. 2: Sezione di prostata visibile al PET.




29

su molecole macchina, essi dimostrano che il DNA è adattabile, puòessere modificato per produrre nuove riparazioni molecolari, quindi

possono ripetere legature e le relative proteine. Le seguenze raffi-gurano che il movimento del DNA può controllare la trascrizione

delle sequenze di geni artificiali.Il cancro alla prostata ha una prevalenza e diagnosi molto simileal cancro al seno, oggi c’è un profondo aumento con 360.000 nuovicasi diagnosticati all’anno. Insieme ad un esame digitale del retto,il cancro alla prostata è tipicamente rilevato da un livello elevatod’antigene e da un nodo sospetto. I recenti sviluppi hanno motivatouna costruzione di una camera a basso costo di PET che ottimizzal’immagine della prostata, mentre si ritiene la palpazione una misuranon esatta della eventuale lesione presente nella prostata.

Alcune valutazioni sono prese in considerazioni quando s’impiegono medicinali, le nano tecnologie dovranno badare a nuoveformulazioni e ruoli per farmaci diversi, incluso la strada di au-mentare enormemente il loro potenziale nella terapia. L’incrementodelle capacità delle nano tecnologie dovrà anche marcare benefici

basici nello studio di cellule biologiche e patologiche. Come prova

lo sviluppo dei nuovi attrezzi, le analisi sono capaci di determinare ilmondo delle scale nano metriche, esse ci conducono ad incrementarela possibilità per caratterizzare la chimica e le proprietà meccanichedelle cellule (includendo i processi, alcuni come la divisione dellecellule e la locomozione) e la misura di proprietà delle singole mo-lecole. Le nano capacità dovranno rendere funzionale il sistema per ricevere nell’insieme, un vantaggio per le tecniche presentate e usate

nelle scienze della vita. Inoltre, si dovrà considerare la possibilitàdi controllare le nano strutture di materiali bio compatibili con altecaratteristiche. Proteine, acidi nucleici e lipidi, i mimici non biologici,sono esempi di materiali che sono stati rappresentati a conseguire il

possesso di proprietà uniche come la funzione della loro grandezza,lavorabilità e disegno. Basato su questi principi biologici, bio inspi-rati, i nano sistemi, i nano materiali, si formano correntemente daauto-assemblaggio o vengono disegnati da altri metodi. I materiali

artificiali inorganici e organici, nelle nano scale, possono essere intro-

Nano medicina



30

dotti dentro cellule per giocare un ruolo fondamentale nelle diagnosi(punti quantici in visualizzazione oppure i nani cristalli colloidi) maanche sprigionare potenzialità come membri attivi.

Le nano tecnologie richiedono l’incremento della potenza di

calcolo che dovrà permettere la determinazione di line nelle macromolecole in ambienti realistici. Alcune simulazioni dovranno essereessenziali nello sviluppo d’impianti bio compatibili e nel processod’invio e rilascio dei medicinali.

Tante sono le applicazioni previste:a) Rapidità e azioni efficienti nella sequenza del menoma, devono

rendere fattive rivoluzionarie tecniche di diagnostica e terapia;b) Estensioni della salute umana usando strumenti in vivo;

c) Nuove formulazioni e ruoli per il trasporto dei medicinali chemanifestano fortemente la loro terapia potenziale di poter consegnarenuovi tipi di medicine in posti inaccessibili del corpo;

d) Più resistenze durante la reazione in tessuti artificiali e organismi;

e) Incremento in visione e aiuto nell’udito; f) Sistemi di sensori che evidenziano malattie emergenti nel corpo,

quindi lo spostamento del trattamento medico verso la prevenzione

per meglio preservare il paziente dalla malattia.La ricerca ha evidenziato che per determinare i tumori si pos-sono usare polimeri rivestiti di Cadmio Telluride/Solfuro di zinco(CdTe/ZnS) come punti quantici attaccati a molecole che possonoinserirsi nei vasi sanguinei. Questi interessanti sviluppi tendono verso

premesse per nuove strade per la defezione del cancro e la capacitàdi poterlo identificare anticipatamente, realizzando anche il limitedella presenza del tumore durante l’intervento chirurgico. Ci riferiamo

alla costruzione di un punto quantico (CdTe/ZnS) coperto con 30o 50 parti di una nano proteina, o peptide conosciuta come RGD.Questo legame di peptide disposto sulle superfici di vasi sanguinei,incrementa la risposta a segnali di cellule tumorali. Analisi con cul-ture di cellule tumorali umane confermano che questi punti quanticidovrebbero essere legati ai tumori umani presenti. Negli animali siraffigura che i tumori presenti sono visibili mediante punti quanticidopo venti minuti dall’iniezione. Il segnale fluorescente del tumoreè legato al punto quantico, esso raggiunge il punto massimo dopo




31

sei ore dall’iniezione, l’immagine ottica chiara delinea il tumore conuna bassa fluorescenza. La visione dell’esame al microscopio avvienecon l’esame del tumore, i punti quantici, sono visti come aggregatisul vaso sanguineo e si dispongono anche attorno al tumore.

Nano medicina



32



33

NANO TECNOLOGIE E MEDICINA

Le nano tecnologie incideranno con forza in medicina, esse impiegano una varietà di strumenti nuovi nel campo medico: lo scopo

sarà di conseguire cambiamenti radicali nella chirurgia. Gli aspettida considerare importanti si concretizzano sotto l’aspetto chimicostrutturale e atomico nonchè, mediante l’impatto che offrono le nanotecnologie. Il contributo è rendere possibile conseguire una chirurgiasu scala molecolare, con la priorità di riparare o riordinare le cellule.Alcune malattie cattive presenti nel corpo umano sono dovute ad undisordine fisico, molecolare e cellulare, la nano medicina a questolivello dovrebbe essere abile a curare molte malattie. Gli studi condottisulla classificazione e il controllo della mutazione del DNA, hanno loscopo principale nel prossimo futuro di riparare le cellule cancerogene,la fase di riduzione nella tossicità chimica, iniziare il controllo deivirus, tutti questi elementi saranno controllati e sconfitti attraversol’utilizzo di congegni nano sensori medicali. La costruzione di un

piccolo apparecchio che nel suo interno include dei nano sensori, che possono essere impiegati per compiere analisi del sangue prelevato

ad un paziente in un comune laboratorio medico, può rappresentareil primo step per prevenire il cancro. Questa ricerca rivoluzionarianon permette la guarigione del paziente, ma una diagnosi preventivaanticancro, che consente di aumentare l’efficienza delle cure e lediagnosi precoci per la prevenzione. Di recente cresce l’intuito diusare congegni ed essere aiutati da sistemi fabbricati nell’ordine dinano grandezze, consentono alla ricerca medica di avviare processi

laboriosi per estendere la sequenza del genoma umano.La mappatura del genoma e la classificazione delle sequenze prodotte dalla ricerca, sono tutti dati che saranno contenuti in gran-di data base consultabile dai ricercatori per studiare nuovi ordini econtrollare le sequenze che sono presenti nei differenti corpi umani;i dati e la loro fruizione sono ritenute prerogative essenziali di effi-cienza e classificazioni ordinate. L’insieme della disposizione, verràrealizzata mediante l’impiego di particolari nano robot. Nell’imme-

diato, l’utilizzo di sensori avverrà con tecniche d’assemblaggio, essi



34

saranno realizzati mediante l’impiego di nano fili, nano particelledi silicio e ancora con la determinazione del carbonio nano tubo:questi dispositivi, hanno la capacità di catturare proteine specificheche saranno poi confrontate nei diversi tipo di cancro. All’inizio,

l’ordine sarà quello di estendere l’abilità per individuare le misuregenetiche, questo risultato rivoluzionerà le specialità diagnostiche eterapeutiche per ogni individuo, mentre altre facilitazioni si raggiunge-ranno nell’uso di farmaci differenti. Inoltre le nano tecnologie hannouna priorità principale: quella di indirizzare l’industria farmaceuticaverso nuove formulazioni di farmaci pertanto le ricerche convergonosu nuovi percorsi per la consegna di questi ultimi nel corpo umano;nuovi strumenti rivoluzionari potranno potenziare queste azioni.L’aumento della capacità di controllo per nano tecnologie benificeràgli studiosi impegnati nella ricerca di cellule biologiche e patologi-che. Il grande impiego di nano strumenti sensibili sarà utilizzato per rilevare i cambiamenti più impercettibili nella chimica biologica delnostro corpo, porterà enormi vantaggi alla salute umana. Nel risultatoè inclusa la capacità di sviluppare nuovi strumenti d’analisi capacidi navigare il mondo delle nano scale esplorando la chimica e le

proprietà meccaniche delle cellule.In queste considerazioni emergono che alcuni processi sono

considerati primari, come la divisione delle cellule, il movimentoe le misure sulle proprietà delle singole molecole. I sensori sonostrutture concrete che in futuro riusciranno a rilevare centinaia emigliaia di bio molecole differenti e queste diventeranno le basi di

prove d’analisi, non solo più accurate, ma principalmente più econo-

miche. Queste capacità sono accompagnate da vantaggi tecnici chesaranno impiegati prevalentemente nella vita scientifica. I materiali bio compatibili con alte caratteristiche, raggiungeranno i risultatiauspicati mediante un proficuo controllo delle loro nano strutture.Le strutture molecolari che formano i blocchi della vita, le proteine,acidi nucleici, lipidi, carboidrati, imitatori biologici, sono esempi dimateriali rappresentativi che acquistano proprietà e capacità unichedeterminate da mutabilità controllata attraverso modifiche versatili

della loro struttura.




35

I materiali artificiali, inorganici e organici, riproducibili nell’ambi-to delle nano scale (punti quantici, nano cristalli colloidali) possonoessere introdotti dentro le cellule e in diagnostica funzionare comesensori attivi. Le nano tecnologie sono anche strumenti che servono

ad incrementare gli studi permettendo considerazioni precise sulle mi-cro molecole in una realtà sperimentale. Alcune simulazioni possonoessere elementi essenziali nello sviluppo d’impianti bio compatibilie di processi per scoprire farmaci. Qui di seguito sono riportate altrenumerose applicazioni potenziali di nano scienze in biologia:

- Rapidità ed efficienza nella determinazione della sequenzadel genoma, comporteranno nuove e rivoluzionarie diagnosi e te-rapie;

Cure mediche effettive e non costose, usando l’impiego di congegni a distanza e dal vivo;

Sviluppo di farmaci che incrementano enormemente le po-tenzialità curative, mediante nuove formulazioni e percorsi cheraggiungono in modo preciso e discriminato i siti inaccessibili del corpo umano;

Reazioni e resistenza più durature dei tessuti negli organi uma-

ni.La crescita del sistema dei sensori si propone come l’evidenziatore

di malattie nel corpo che potrà determinare la diagnosi del pazientee il trattamento, attivando fasi incisive di cura e di prevenzione.

Esempi d’impieghi di nano particelle magnetiche (Fe3O

4) sono

usate nelle cure del colesterolo. Le nano particelle magnetiche sonosintetizzate da una reazione di co-precipitazione di cloruro ferrico e

ferroso. Le grandezze e strutture delle particelle sono caratterizzateusando microscopi a trasmissione d’elettroni (MTE). La grandezzadelle particelle è in un rapporto tra 9 e 57 nm. L’ossidasi del co-lesterolo (CHO) è legata con successo alle particelle via attivatoricarbodiimide. Spettroscopi sono usati per confermare il legame diCHO alle particelle. L’efficienza dei legami è tra il 98 e 100%, irri-spettoso dell’ammontare di particelle usate. Studi cinetici del liberoe legato (CHO) rilevano che la stabilità e l’attività degli enzimi

apportano miglioramenti indicativi sotto il legame delle nano parti-

Nano tecnologie e medicina




celle. In seguito, gli enzimi uniti esibiscono una migliore tolleranzaal pH, temperatura e concentrazione sul substrato. Le attivazionid’energia per libera e legata CHO sono 13,6 e 9,3 Kj/mol rispettiva-mente. Questo indica che l’energia di barriera di CHO è ridotta sotto

l’impiego impegnativo di nano particelle Fe3O4. Il miglioramentoosservato in attività e stabilità del funzionamento di CHO risultada strutture e cambio conformazione dell’enzima libero. Lo studioindica che la stabilità e l’attività di CHO dovrebbero essere annun-ciate via attaccamento a particelle magnetiche e susseguentementedovranno contribuire al miglioramento dell’uso di questi enzimi invarie applicazioni biologiche.

I materiali magnetici sono stati usati con una grandezza granu-lometrica sotto le nano scale per alcuni tipi di materiali. Questo èattribuibile a vari fattori, inclusi le larghe aree superficiali in rapportoal volume e alla possibilità di immobilizzare l’entità biologica in-teressata. Nella prossima decade s’incrementerà la ricerca e lo svi-luppo con osservazioni nel campo delle particelle a nano grandezzemagnetiche. Qui il termine nano particelle è usato per disegnare

particolari sistemi che misurano sotto di 1 µm fino ad arrivare ad

un valore di 50 nm.



37

NANO TECNOLOGIE E LA SALUTE UMANA

In passato gli sforzi nelle scienze natuali e nell’ingegneria tec-nologica, hanno sempre prodotto materiali innovativi e sviluppato

nano materiali inorganici per applicazioni non mediche, in una grandevarietà di settori. Solo di recente, in ogni caso, è stato riconosciutol’impatto potenziale nel settore della medicina dei materiali nelle nanoscale, dei congegni che possiedono piccole scale come molecole ecellule. Avanzamenti paralleli in biologia molecolare e ingegneriagenetica, hanno seguito le nuove strutture e le nuove funzioni sullescale nano metriche. Le convergenze in questi campi ora offrononuove possibilità per usare nano strutture e nano congegni intelli-genti per migliorare la salute umana e quindi l’opportunità di aprireuna nuova era di “nano medicina”. In questa fase saranno ricercatele aree potenziali di queste nano tecnologie che possono avere uneffetto efficace sul futuro della medicina, su discussioni specifichee i cambiamenti in questo crescente settore. Aumenti per la saluteumana sono rapidamente trattati, la fase iniziale è la risposta alla ri-chiesta di vantaggi per il cittadino. Oggi giorno la medicina è basata

sul trattamento, tanta medicina del domani, dovrà essere basata suindividuazioni precise e prevenzioni.

Le analisi genetiche dovranno identificare una persona malata,fin dalla prima infanzia e arrivare a modalità d’immagini sensibili

per trovare malattie epigenetiche prima che esse si manifestino cli-nicamente. In alcuni casi, vaccini terapeutici saranno somministrati

preventivamente per debellare le malattie e le patologie esistenti.

Individualmente le tecniche inizieranno il monotoraggio per valutarele malattie progressive o patologie. L’impianto di sensori e le pro-ve non invasive di diagnosi hanno bisogno di osservare i marcatorifisiologici che definiscono la prima piattaforma e la progressionedegli stadi della malattia; molti di questi monitoraggi eventualmente

possono essere eseguiti a casa e quindi a distanza essere registrati emessi all’attenzione del dottore. E’ desiderabile che la tecnologia

porti sensazioni che marcano e che dovranno viaggiare come agenti

terapeutici (come sistemi chiusi o materiali intelligenti). In alcuni



38

casi, questi congegni dovranno essere impressionati e rivelare i primistadi della malattia, così da trattare i problemi appena nascono primaancora dell’apparire dei sintomi.

Lo sviluppo di sistemi d’ingegneria con strutture definitive e

funzioni sulle scale nano metriche dovranno abilitare questi nuovisentieri d’innovazione medica, questo è giusto un sogno realizzabi-le. La Food and Drug Admnistration ha approvato alcuni prodottimedici fabbricati da nano tecnologie per uso nell’essere umano.Esempi includono liposomi per farmaci trasportati nella terapia delcancro, particelle magnetiche nano metriche per l’uso come agente dicontrasto nell’immagine della risonanza magnetica e nano materiali

per l’uso come ossi per il restauro dentale. Future tecnologie nanomedicali dovranno essere molto elaborate e potenziate: per esempio,“intelligenti pesci in rete” che riunisce e smonta per riconoscere,cattura e conferma come puntare su malattie del sangue, saliva, o altrifluidi del corpo. Sistemi intelligenti viaggianti, dovranno circolareattraverso il corpo come materiali innocui fino ad arrivare ai danni ositi malati e consegnare dei farmaci localmente. In entrambi i casi, imateriali, questi sistemi nano, che possono fare diventare reversibili

le loro proprietà o le reazioni di catalisi ordinate auto assemblate neidistinti segnali molecolari, dovranno essere usati con “intelligenza” .

Nano tecnologie possono anche essere usate a disegnare materialimultifunzionali migliori che sono simultaneamente diagnostici e te-rapeutici, includendo i monitoraggi di risposta alla terapia. Elementinano strutturati possono anche essere incorporati in altri sistemi microche hanno funzionalità addizionali, includendo parti di movimenti

generati con forze e auto assemblaggi basati sulla fabbricazione.Questa rivoluzione nella salute umana dovrà essere seguita e ac-celerata dall’uso di nano scale. Molto avanti al nostro comprenderele molecole e l’origine cellulare di molte malattie, queste tecnologieconfigurano strade totalmente nuove per le diagnosi mediche e leterapie.

Le malattie, sotto i riflettori delle persone per anni, includonoassassini come il cancro, le malattie cardiovascolari e il diabete: le

nano tecnologie dovranno indirizzare i cambiamenti della vita. Questa




39

affermazione include le seguenti valutazioni:-Disordine ambientale: È la principale causa delle malattie umane,

è responsabile della tossicità che il genere umano produce con le sueattività nel mondo. Interventi con le nano tecnologie in questi gruppi

di disordine, hanno il potenziale per ottenere i benefici maggiori ai problemi ambientali che sono di vitale importanza in molte regionisviluppate del mondo. Questi disordini racchiudono un ampio spet-tro di rapporti di causa/effetto che danno il via a malattie di varianatura, infezioni, tossicità chimica, comportamenti e problemi disalute, relativi anche all’uso o esposizione, lecito o illecito, voluto oincosciente, di sostanze inerti o radianti che provengono da presenzee processi più o meno naturali. Queste diverse considerazioni ven-gono fatte dagli amministratori dell’industria nel mondo: nuovi tipid’infezioni, realizzate dalla chimica dentro l’ambiente e lo sviluppodi nuove fonti di radiazioni sono motivo di forti preoccupazioni.Fonti concernenti i conflitti totali e bio terrorismo possono ancheessere determinati dalle nano tecnologie.

-Malattie sviluppate: Alcune malattie specifiche, anche sviluppateda problemi non relativi alla genetica, sono un’area secondaria che

può essere migliorata dalle nano tecnologie. Interventi che coordinanoquesti disordini offrono grandi benefici all’individuazione, perché

proprio questi dovrebbero allungare il tempo di vita e ridurre lesofferenze in una persona. Molti di questi disordini sono il risultatodi cause genetiche, problema che con la nutrizione e le deficienzeambientali procurano sviluppi alterati. Molte valutazioni includo-no l’uso d’analisi di nano materiali per aumentare la prevenzione

all’esposizione di essere umani in ambienti tossici. Nuove nanotecnologie approdano anche verso alcune potenzialità che potrannoguidarci verso tessuti rimodellati e la rigenerazione, attraverso l’in-troduzione di gerarchie molecolari auto assemblate.

-Finalità, malattie degenerative: Sono un’area nella quale le nanotecnologie possono migliorare la salute umana. Interventi in questesettori sono dei benefici enormi per la società, perché servono adeliminare malattie degenerative, infiammazioni croniche e malattie

auto immuni.

Nano tecnologie e la salute umana



40

Nanostrutturalimateriali

Nanostrumenti

Nano manifatture

Effetto miniature

Nanocomponenti

IntelligentiMulti funzionaliNano congegni

Bio molecole

Auto-assemblate(liposomi)

Scoperte

molecolari eimmagini diattività

Litografia mori-

bida per MEMS ealtri micro sistemianalitici

Produzione di

energia

Nano macchine

(combinazioniintegrate con nanocomponenti )

Bio compatibilinano materiali

inorganici

Nano chirurgiadi elementi

molecolari concellule

Nano adesionediretta ad

assemblare lemolecole

Motori Auto-potenza dinano robot con programmabilifunzioni e lettura

Membranecon nano pori

Assemblaggiomolecolarediretto da

auto adesione

Pompe

Nanofilamenti

Nano strutturedirette all’autoassemblaggio

Strutture dinuovi polimeri

Dendrimeri

Auto assemblaggio

di attività bionica (tessuti)in ingegneria

Tav. 1: Futuri sviluppi delle nano tecnologie in biologia e medicina.



41

ABILITAZIONI DI NANO TECNOLOGIE

Le interfaccie di nano tecnologie e bio tecnologie hanno prodottoalcuni primi successi. Esempi includono l’uso d’imbianchimento

fluorescente di nano cristalli (punti quantici) in sostituzione di colo-ranti, operando su vetri capillari con tipi di nano scale, fornendo neimonitoraggi una immagine chiara per cellulari e sub cellulari elettrofisiologici, per micro iniezioni di membrane impermeabili molecolari(proteine e DNA). In aggiunta vi è l’uso di un orientato schieramento dicarbonio nano tubo per il trasporto di elemeti bio molecolari in celluleinclusi i materiali bio ibridi intelligenti, che aumentano la bio analisie la diagnostica tecnologica e consentono di prevedere nuovi sentieri

per regolare l’attività di membri di proteine e DNA. Le nano fibresono attrezzi permanenti per il controllo del trasporto del materialemolecolare (DNA) in alcune forme libere e legati a nano fibre. QuestoDNA è attaccato alle nano fibre, ma è interessante la possibilità chel’espressione dei geni può essere controllata in una nano fibra median-te segnali. Inclusa vi è l’immagine che l’avvicendamento dovrebbegenerare una piattaforma tecnologica per sistemi biologici, quindi le

fibre sonde sono usate per decidere la connessione in sentieri di genie reti, con la chiara eventualità di raggiungere bersagli terapeutici inspecifici obiettivi, senza l’impiego di questi sentieri e reti.

Un esempio del sistema intelligente è un farmaco polimerico viag-giante, che include agenti con proteine e acido nucleico, formandoun’azione farmaco e vaccino. La spina dorsale del polimero combinail pH responsabile con l’attività destabilizzante delle membrane, così

sono attivate solo in sistemi di consegna dentro le cellule nel compar-timento endosoma. Come comparti dell’endosoma, il pH a goccia, laspina dorsale del farmaco, viene separata e destabilizzata; la mem-

brana porta ad aumentare il trasporto delle proteine, acidi nucleici alcitoplasma. Questi sistemi sintetici sono farmaci imitativi biologici etecniche di consegna di virus e patogeni che hanno evoluzioni intel-ligenti pH responsabili e meccanismi di membrane destabilizzanti. Inuovi sistemi sintetici sono designati per consegnare proteine tera-

peutiche, farmaci oligonucleidi RNA con interfaccie e vaccini. Questi



42

primi vantaggi sono premesse iniziali di nuovi avvicendamenti per la diagnosi e la prevenzione di malattie, per esempio il cancro, e per nuovi obiettivi strategici e terapeutici. In ogni caso, è bene indurre

prima di speculare, su come alcuni di questi miglioramenti dovran-

no sopravvivere: l’esame avviene con prove cliniche estensive chedovranno prima essere migliorate, poi essere considerate per usi in pratiche mediche regolari.

Incrementi e raccomandazioni Recenti avanzamenti nella scienza dei materiali e l’ingegneria mo-

lecolare stanno consentendo la possibilità ai vari tipi di nano materialie relative strutture per congegni e macchine, di diventare una realtà.Questi nano materiali strutturali disposti da strumenti analitici e far-maci intelligenti programmabili si impiegano in consegne e terapie. Icongegni rotori rappresentano la prima fase nella costruzione di nanomotori. Il moto rotatorio si colloca in un onnipresente sistema mole-colare, esso richiede rotazioni ripetitive unidirezionali. In natura, per esempio, i cromofori rodopsina sono i principali assorbenti di luce,la reazione in ogni caso, coinvolge un complesso biologico. Recenti

studi portano una sintesi di molecole che ruotano uni direzionali a360 gradi mediante un legame. Questa rotazione è richiesta in quantofase normalmente di due foto reazioni, guidano una falsa struttura edue tecniche di rilassamento. Con i recenti sviluppi i primi principi disvolgimento molecolare avvicinano la reazione dello stato d’eccita-zione su un pico secondo, scalare il tempo è oggi possibile mediantel’attivazione delle simulazioni. Si è dimostrato che i complessi stati

d’eccitazione dinamici determinano la direzione di rotazione. Questeconoscenze, circa i meccanismi ora possono essere usati per svilupparerotori più efficienti. Nella seguente area si completa la discussione di

potenziale, nella quale questi tipi di materiali possono avere un effettosulle medicine nei prossimi 5-15 anni.

Interventi sulla salute iniziano con analisi dignostiche che deter-minano prima la presenza del disordine e la suscettibilità ad esseresoggetti a malattia. Maggiori avanzamenti sono probabilmente vicini,

perché molti di questi testi diagnostici possono essere eseguiti fuori




43

dal corpo umano, quindi non sono limitati da questioni di bio compa-tibilità, ed essi richiedono tutte le approvazioni dalla Food Drug. Iltutto è reso importante dal fatto che la detenzione e prevenzione, per esempio, il cancro o altre malattie, possono essere più effettive in

termini di limitazione dei costi per la salute.

Breve termine (1-5 anni)I miglioramenti in diagnosi dovranno coinvolgere analisi in-

vivo e adeguamenti nelle tecniche di laboratorio attuali, devonoseguire misurazioni con grande sensibilità e specificità. Basate sunano tecnologie possono anche essere saggiate per seguire l’identi-

ficazione di molecole biologiche uniche, chimiche e strutture chenon venguono effettuate da analisi correnti. La conseguenza è chesu queste promesse, bisogna che siano indirizzati i seguenti cam-

biamenti. Adeguamenti nelle modalità di sensori e segnali, fattoriraggiungibili attraverso l’ingegneria delle nano particelle o nanosistemi. L’accompagnamento a quest’incremento dovrà richiederela selettività d’eventi di ricognizioni molecolari e la conduzione in

una nuova strategia di nano strutture assemblate per la ricognizionedi molecole biologiche tipiche e sistemi non biologici. Il migliora-mento della sensibilità alla quale questi numeri precisi di molecole

possono essere individuati, dovranno richiedere sistemi nelle nanoscale con nuove proprietà tradotte.

Uno dei cambiamenti più indicativi associati con le nano scale, per diagnosi, coinvolgono l’abilità in volumi a scoprire livelli efficacidi bio puntinatura in piccoli campioni. Composti contenenti piccoli

numeri di cellule o bio molecole possono non essere rappresentatividi uno stato di malattia, quindi non sono sufficientemente semplicia minimizzare il volume del materiale campionato e l’uso di un pic-colo e sensibile congegno per effettuare le prove. Si confida che per concentrare analisi d’interesse dovrà essere necessario completarele nano scale campioni, in tecniche emergenti. Per esempio, segnalid’accrescimento dovranno essere accompagnati verso la sintesi di

nuovi pezzi che sono assemblati intorno al bersaglio molecolare, per

Abilitazioni di nano tecnologie




produrre una forte applicazione del segnale. Alcuni oggetti dovrebberoessere basati su effetti ottici, inclusa la luce raccolta e i punti quanticicon una varietà di schemi di trasferimenti d’energia. Finalmente, lemicro piattaforme fabbricate come parti nano sono considerate co-

struzioni integrate, congegni portabili a basso costo per analizzare ifluidi del corpo e i gas, senza ritardo e perdite di tempo.



45

NANO TECNOLOGIE E IL CANCRO

L’obiettivo impostosi dalla comunità scientifica internazionale èquello di eliminare la morte e la sofferenza dal cancro per il 2020.

Inizia un percorso per delineare la potenza delle nano tecnologiecon cambiamenti radicali; la strada è quella di sviluppare nuovediagnosi, immagini puntuali molto precise della struttura umana,ed osservare il cancro con nuovi microscopi a forze atomiche. Unaricerca consistente ci conduce in oncologia clinica: le lesioni dellemetastasi, e non i tumori primari, sono le principali cause dellaletalità del cancro. Alcune lesioni metastatiche immancabilmente si

propongono da quando le cellule primarie migrano attraverso il flussosanguineo; alcuni ricercatori hanno sviluppato metodi di prevenzione

per rimuovere cellule tumorali dal flusso sanguineo. Le condizionidel cancro sono considerate come una malattia genomica, quindil’iniziazione e la progressione è derivante da un’accumulazione dilesioni genomiche che confermano i tumori, entrambi con specialiabilità e definite responsabilità. La malattia è inizialmente chiara ecomprende le lesioni genomiche associate con alcuni tipi di cancri, gli

sforzi sono concentrati nelle diagnosi e nel trattamento del cancro,mentre alcune conoscenze incrementano il peso dello sviluppo dinuovi farmaci efficaci con effetto amplificato. I ricercatori stabili-scono che ora è fattibile intraprendere un programma sistematico per identificare tutte le lesioni genomiche associate con tutti i maggioricancri: queste informazioni dovrebbero trasformare le ricerche sulcancro. Nuove tecnologie potenziali sono anch’esse incrementate

perchè fatte per caratterizzare cancri da studiare ad un livello fun-zionale: la decisione di cellule tumorali a vari tipi di persistenze.Studi sistematici con inibitori (RNA) e RNAi, possono identificare laserie di geni che sono gli unici elementi essenziali a dare vitalità altumore. Gli studi avanzati con RNA e chimici (alcuni come farmaci)

possono anche rivedere conoscenze preventive connesse ai tipi dicancri e alle loro terapie potenziali attraverso comprensibili data base.Progetti sostanziali dovranno essere migliorati e sviluppati in queste

importanti direzioni. Questi sono supporti forti per nuovi modelli di



46

cancro, entrambi in animali e in culture cellulari. I ricercatori vannofortemente supportati, essi imprimono sforzi sostenibili per svilupparemodelli emergenti sottoposti ad espansione. Le ricerche sono tenutesotto controllo, consentono di essere focalizzate sulla risoluzione del

problema in cellule lineari di cancro e di molti tipi di cancro, cosìche i ricercatori dovrebbero avere alcune linee guida mediante unaesatta regolamentazione di studi funzionali. Le aree che dovrebberotrasformare gli sforzi dei ricercatori sono in scienze basiche, scienzetradizionali e applicazioni cliniche, queste ultime sono indicative per determinare gli attrezzi migliori per la defezione del cancro.

Ora, un cambiamento, la scoperta di un gruppo di ricercatori inGermania ha determinato che destrani rivestiti da nano particellemagnetiche, sotto le condizioni dirette, potranno accumulare dellecellule tumorali metastasi pur essendo leucociti sani o cellule di san-gue bianco. La scoperta è fondata: alterando l’incubazione tamponeusata in una miscela campione di sangue con un bersaglio di nano

particelle magnetiche, si ha un sorprendente effetto sull’abilità dicellule sane di sangue a prendere sotto le nano particelle le celluletumorali. Incrementando le forze ioniche della soluzione tampone non

ha effetto sulle nano particelle, sollevate da cellule tumorali mentresono virtualmente eliminate da leucociti sani e moltissime riduzionisono trasportate da altre cellule sane del sangue. Una volta classifi-cate in questa maniera cellule tumorali dovrebbero essere separate

prontamente da cellule sane usando delle cellule magnetiche studiate perchè particolarmente adatte alle modifiche. Le ricerche denotanoche gli studi successivi sull’effetto del cambiamento, incubare super-

fici tampone rivestite, dovrebbero suddividere le cellule tumorali dacellule sane. La preparazione di nano particelle magnetiche (F3O

4)

avviene da una co-precipitazione chimica di Fe2+ e Fe 3+ ioni in unasoluzione d’idrossido d’ammonio seguito da un trattamento sottocondizioni idro termiche. Il ferro (II) cloruro e ferro (III) clorurosono dispersi in nano acqua pura a concentrazione di 0,25 M di ioniferro chimicamente precipitati in una stanza temperata a (25°C) daaddizionato NH4OH soluzione al 30% ad un controllo di pH (10-

10,4). L’intera sospensione sarà riscaldata a 80°C per 35 minuti sotto




47

una continua miscelazione e separata da severa centrifugazione svoltain acqua e in etanolo a 28.000 giri al minuto, le fasi di purificazionesono usate a rimuovere le impurità delle nano particelle di (F

3O

4).

Le nano tecnologie dovranno cambiare i fondamenti delle diagnosi

sul cancro: trattamenti e prevenzioni porteranno a concretizzarsi innuovi congegni, capaci di attivare nuove funzioni, inclusa la distruzio-ne del cancro e l’attivazione di nuove piattaforme di medicinali. Laricerca porta a realizzare specifici vettori che indirizzano in modo

preciso la consegna di medicinali anti cancro. La specificità dovràraggiungere le cellule cattive e determinare se questi medicinalisono ottimi uccisori delle sole cellule cattive. In generale saranno la

preparazione di nano particelle magnetiche e l’analisi di come questonano attrezzo sarà valutato in prove cliniche e ricerche invasive, checonsentiranno alle nano tecnologie di servire come strumenti mul-tifunzionali che non dovranno essere usati solo per alcune diagnosie agenti terapeutici.

Queste nuove valutazioni porteranno a cambiare molte dellediagnosi fondamentali sul cancro sia in termini di previsioni che ditrattamento. L’avvento delle nano tecnologie nelle ricerche per il

cancro dovrà essere più opportuno. Le vaste conoscenze del cancrogenomico e proteomico emergono come un progetto di menoma uma-no che svela importanti dettagli critici di come il cancro si sviluppa,quindi si presenta necessario creare nuove opportunità per attaccarele molecole che sostengono il cancro.

Il cancro

Gli organi e i tessuti del corpo sono fatti da sottili blocchi dicostruzione chiamate cellule. Le cellule in differenti parti del corpo possono osservare e lavorare differentemente, ma alcune riproduconose stesse in modi diversi. Le cellule costantemente diventano vecchiee morenti, nuove cellule sono prodotte per rimpiazzare quelle chemuoiono. Normalmente la divisione e l’aumento di cellule ordinarie ècontrollato, alcune volte questo processo va fuori controllo e le cellulecontinuano a ripartire e svilupparsi dentro un pezzo che è chiamato

tumore. I tumori possono anche essere benigni o maligni. Cancro è

Nano tecnologie e il cancro



48

il nome dato ad un tumore maligno. In un tumore benigno le cellulenon si allargano ad altre parti del corpo e non sono cancerogene.

Inizialmente, se esse continuano ad incrementarsi al posto ori-ginale, esse possono causare un problema che influisce sugli organi

circostanti. Importanti sono le immagini in vivo nel paziente, que-sta recente nuova esplosione deve potenziare le tecnologie delleimmagini

È importante segnalare che il cancro non è una malattia singola,con un unico sistema di trattamento: sono più di 200 i differenti tipidi cancro, distribuiti in varie parti del corpo.

Tipi di cancro

CarcinomaCirca 85% dei cancri sono carcinomi. Essi partono in epitelio,

qual’è la copertura o rivestimento interno d’organi e del corpo (la pelle).

SarcomaQueste forme di tessuti connettivi presenti nel corpo, alcuni come

muscoli, ossi e tessuti untuosi sono chiamati sarcoma, rappresentanoil (6% di cancro).

Leucemia/linfomaQuesto cancro è rilevato nei tessuti, la causa e riconducibile alle

cellule bianche del sangue (quindi presenta infezioni nel corpo) sono


Fig. 3: Evoluzione cellule tumorali.



49

formate, i.e. midollo ossido, sistema linfatico (5%).

Altre forme di cancro.Tumori al cervello o altre forme rare di cancro vanno sotto 4 %

dei cancri.

Quali sono i cancri.Una persona su tre dovrà sviluppare il cancro durante la sua

vita, ma il cancro non è comune nei bambini ne nelle giovani per-sone. Esso si sviluppa negli anni avanzati della vita. Il cancro puòavvenire in diversi anni, ma il rischio di sviluppare, aumenta congli anni. Sotto il 70% di tutte le diagnosi di cancro avvengono in

persone che superano i 60 anni e di più. Alcuni cancri sono moltocomuni e altri sono molto rari. Le statistiche più recenti che sonoconsiderate in Inghilterra, raffigurano che per l’uomo i cancri piùcomuni si rilevano ai polmoni (19%) seguito da quello della prostata(17%), cancro largo all’intestino (14%) e cancro alla vescica (7%).Per le donne i cancri più diffusi sono quelli alla mammella (29%)cancro all’intestino (12%) cancro ai polmoni (12,5%) cancro alle

ovaie (5%). Molte persone con il cancro possono essere curate. Seun cancro non può essere curato, esso può essere controllato con untrattamento per mesi o anni.

Quali sono i suoi trattamenti?I cinque tipi di trattamenti per il cancro sono descritti nel modo

seguente:

Attività di sorveglianzaAlcuni tipi di cancro procedono molto lentamente e non provocano

problemi per molti anni. In questa situazione, non si può avere alcuntrattamento per molto tempo, ma il dottore dovrà monitorare da vicinoil cancro osservandone gli incrementi ad intervalli regolari.

Chirurgia

Un’operazione è fatta per rimuovere il tumore. La chirurgia è




50

spesso usata se il cancro è localizzato in una area precisa del corpoed non è allargata. Essa può essere usata per rimuove linfonodi sesono effetti dal cancro. Il trattamento può anche essere usato per rimuovere un cancro con una presenza in un’altra area del corpo,

ma questo non è cosa comune. Il tipo di operazione dovrà avveniresull’area del corpo, affetta dal cancro e sulla larghezza e posizionedel tumore.

RadioterapiaQuesta è l’uso di alta energia raggi-x per distruggere le cellule

cancerogene, ma causa anche piccoli mali possibile a cellule normali.La radioterapia è indirizzata sulla parte malata del corpo, portandoun’attenta pulizia sulla parte da asportare. Essa può causare effetticollaterali e il più comune è la stanchezza. L’effetto collaterale dovràincidere sulla parte del corpo che è sotto trattamento.

ChemioterapiaLa chemioterapia è l’uso di medicinali anticancro per distruggere

le celle cancerogene, sono più di 50 i differenti medicinali chemio-

terapeutici. Alcuni sono dati come tavolette o capsule, ma moltesono date per iniezione dentro le vene. I medicinali dati dentro ilflusso sanguineo, viaggiano attraverso il corpo a trattare le cellulecancerogene dove esse sono. Alcune volte una chemioterapia medi-cinale è usata, ma spesso una combinazione di due o più medicinaliè impiegata. La chemioterapia causa effetti collaterali, mentre lecure distruttive possono avvenire anche con alcuni medicinali o

combinazioni di medicinali usati per la prevenzione e la riduzionedegli effetti collaterali provocati dalla chemioterapia.

Terapia ormonaleLa terapia ormonale lavora per alterare i livelli di particolari

ormoni nel corpo. Alcuni cancri dipendono da certi ormoni. Dall’al-terazione del livello d’ormoni nel corpo, con terapie di anti-estroge-ni, per esempio, si tenta di bloccare la crescita del tumore e quindi

di controllarne il cancro. In Italia, studi recenti hanno dimostrato,




51

però, che le cellule tumorali tentano di sfuggire al blocco della lorocrescita. La conoscenza dei meccanismi molecolari coinvolti nellaresistenza alla terapia endocrina offre la possibilità per strategieterapeutiche innovative

Altri trattamenti Altri trattamenti possono essere usati per curare il cancro e con-

trollarlo. Queste metodiche includono l’amplificazione delle difesenaturali del corpo umano, stimolando il sistema immunitario che vaall’attacco delle cellule cancerogene. Questi trattamenti sono chiamatiterapie biologiche e includono l’interferone e l’interleukina.

Anticorpi mono clonali Questi medicinali effettuano la ricognizione per identificare le

specifiche cellule nel corpo e possono essere disegnati per cercareun particolare tipo di cellula cancerogena, attaccarla ed annientarla.La tecnica impiegata prevede che le molecole radioattive legate adun anticorpo monoclonale, possano direttamente irradiare le cellulecancerogene.

I polmoni L’azione di respirare, l’aria passa dal naso o bocca, attraverso

la trachea questa si divide dentro due tubi (corridoio) andando suciascun polmone. Questi sono conosciuti come il bronco destro esinistro e dividono la forma in due piccoli tubi chiamati bronchioli,che trasportano l’aria attraverso i polmoni. Alla fine del bronchiolo

ci sono milioni di sottili sacchi chiamati alveoli. Negli alveoli, l’ossi-geno è assorbito dall’aria, passa dentro le vene sanguinee per esserecircolata dentro il corpo. L’ossido di carbonio è un gas rischioso chedeve essere rimosso dal corpo. Esso passa dal flusso sanguineo dentrogli alveoli è portata fuori dai polmoni. Il polmone destro ha tre areedi condotto (conosciuti come lobi) e la parte sinistra ha due lobi.Molti cancri ai polmoni partono nelle cellule rivestenti dei bronchie sono chiamati carcinomi del bronco o bronco genici carcinomi.




52

Le cause che provocano i tumori

Il fumare sigarette è conosciuto essere la causa principale delcancro ai polmoni. Il rischio di sviluppare la malattia aumenta con ilnumero di sigarette fumate, e se le persone fumano da giovane età. Ifiltri e le sigarette con basso contenuto di catrame riducono il rischio

di sviluppo ma questa riduzione è ancora lontana dalle percentualiche premiano il non fumatore. Il cancro ai polmoni è sempre statocomune negli uomini, particolarmente quelli sopra i 40 anni. Inquesto momento, agli scienziativi mancano tecnologie innovative estanno scoprendo i benefici che pazienti malati di cancro potrebberoricevere da trattamenti molecolari. È qui che le nano tecnologie pos-sono giocare un ruolo centrale, offrendo con tecnologie e congegni,lo sviluppo di nuove diagnostiche e terapie di prevenzione. Conl’esplosione delle conoscenze d’oggi, lo sfruttamento del potenzialedelle nano tecnologie nel cancro è una delle direttive che servono

per la ricerca e le applicazioni nell’ingegneria.


Fig. 4: Rappresentazione polmoni.



53

NANO TECNOLOGIE PER LA SCONFITTA DEL CANCRO

Una linea guida serve per determinare un piano strategico cheimplementa le nano tecnologie, esso dovrà incidere con supporti critici

nel campo, attraverso un progetto svolto all’esterno e un programmasvolto all’interno, per produrre informazioni sulle nano tecnologie inlaboratorio. Le nano tecnologie dovranno usare diverse strade:

Nano grandezze dovranno dare l’uso possibile della bassa solu-bilità di sostanze come i medicinali;

Polimeri dendrimeri hanno una diversità di proprietà tra cui l’alta solubilità in solventi, strutture definite, alta disperdibilità, sistemi abassa tossicità, l’essere impiegati come elementi attrattivi chiamatinano biologici, strumenti medicinali trasportabili;

Obiettivo del tumore, l’impiego di nano particelle nel rapporto50-100 nm. Le particelle grandi non possono entrare nei pori del tumore, mentre nano particelle possono muoversi agevolmente dentroil tumore.

Attivare è l’obiettivo di aggiungere legami come dei pezzettidi recettori sulle superfici di nano particelle. I recettori dovrebbero

analizzare i danni, e trasportare le relative terapie medicinali.

Fig. 5: Flusso nei vasi sanguinei.



54

Questa recente facilità dovrà sviluppare importanti livelli per co-struire nano tecnologie e congegni che dovranno abilitare i ricercatoria sviluppare piattaforme con funzioni ibride che dovranno servire adiversi scopi. Il laboratorio dovrà avere una conduzione capace di

generare informazioni tecniche, che dovranno assistere i ricercatoria scegliere i congegni in nano scale più promettenti, da usare in particolari studi clinici e applicazioni di ricerca. In aggiunta questonuovo laboratorio dovrà facilitare lo sviluppo di dati e regolare ilsupporto della scienza per il trasporto delle nano tecnologie dentrole applicazioni chimiche.

Il grande cambiamento nelle aree prevede:- Prevenire e controllare il cancro;- Sviluppare congegni di nano scale che possono conseguire

agenti per la prevenzione del cancro;- Disegni multi funzionali di vaccini anticancro, usando nano

scale con veicoli consegnati.

Inizi delle scoperte e proteomicaLanciare o creare innesti bio stazionari in molecole differenti con

sensori che possono detenere cancri associati con una bio distribuzio-ne. Raccogliere i dati per l’analisi per poi determinare la trasmissionecon tecnologie via etere predisposte e scelte dal medico.

Immagini diagnosticheProgettare congegni “intelligenti” e invenzioni, puntando me-

diante agenti di contrasto che migliorano la risoluzione del cancro

ad un singolo livello di cellula. Le ricerche si rivolgono su congegnicapaci di raggiungere mediante l’ingegneria delle nano scale, nuoviindirizzi biologici e relativa evoluzione su una diversità di cellulemultiple di cancro che confeziona un tumore.

Multi funzioni terapeuticheIl principale obiettivo è quello di sviluppare congegni che im-

piegano le nano scale, integrando nel loro insieme la diagnostica e

la funzione terapeutica. Le immagini in vivo nel paziente è l’infor-




55

mazione più recente che raggiunge l’esplorazione delle potenzialitecnologie delle immagini in loro sono incluse PET (tecnologied’emissioni elettroni positivi ) emissione di positroni, immagine inrisonanza magnetica (IRM) singola emissione di fotoni con tomo-

grafia al computer, raggi-x a contrasto di bario e immagine all’ultrasuono. Questo non è criticabile, ma ora sviluppa la strada migliore per usare queste tecnologie che determinano il modo di funzionaredelle immagini; questo è anche rilevare specifiche proteine, segnalareil sentiero al metabolismo a cui sono associate le cellule cancerogeneresponsabili del cancro stesso. La linea che si richiede è quella chedeve essere efficiente per modulare la loro intuizione al bersaglio.Le ricerche indicative si rivolgono a quelle persone che aspettanomesi per conoscere l’effetto di un medicinale; noi abbiamo bisogno,

per il trattamento dei pazienti, di strade profittevoli e veloci per una pronta guida clinica. Alcuni di questi incrementi dovranno richiederemaggiori progressi nello sviluppo di agenti immagini funzionali.Bisogna concentrare e focalizzare risorse per realizzare la massimaespansione possibile. Esplorare perfino l’abilità di cercare dei biocorrettori che si rivolgono al cancro prontamente in parti accessibili

del corpo, alcuni come il siero, per avere enorme utilità.Questo dovrebbe facilitare i metodi migliori nel determinare i

rischi di detenzione e l’individuazione del cancro sulle fasi di svi-luppo, profilando cancri con decisioni fatte nelle terapie in temporeale. Recentemente, le tecnologie per sistemare detenzioni di pro-teine, incluso le conoscenze estensive del proteoma umano, fannoavanzare attrezzi accurati e sensibili per la detenzione di proteine da

spettrometria di massa. La valutazione è necessaria per applicazionisistematiche, per la capacità di ottenere sforzi centrali per trasportare bio correzioni per specifici cancri umani. Parallele ad altre discussioni,queste includono una serie di precise indicazioni sul miglioramentoall’accesso ad una quantità di campioni archiviati, tenori di qualitàdati per prove cliniche, inclusi i responsabili accertati a profili mo-lecolari e miglioramenti di modelli animali per le terapie del cancroche includono anche accertamenti sulla tossicità. Importante è anche

l’identificazione di persone a rischio di sviluppare il cancro, sono

Nano tecnologie per la sconfitta al cancro



56

le conoscenze dei geni che predispongono il cancro in popolazionispecifiche, alcuni geni come BRCA1 e BRCA2, pRB e APC. L’im-

patto di questi cancri è veramente indicativo, perché essi tendono amanifestarsi in persone relativamente giovani. Organismi vissuti a

lungo hanno avuto meccanismi evoluti per sopprimere lo sviluppodel cancro. Questi meccanismi sono soppressori tumori terminali, ilgene che controlla loro è chiamato gene tumorale soppressore, pro-muovere lo sviluppo di cancri, quando questi sono oggetti smarritie inattivi. Molti geni hanno avuto raffigurazioni per funzioni cometumori soppressori. Le proteine partecipano in cellule normali esviluppano processi e azioni di codifiche condotte per impedire la

proliferazione delle cellule promuovendo differenziazioni e apoptosi.I tumori soppressori giocano anche un’importante azione regolatri-ce, funzionale il ruolo nel senso di riparare il danno del DNA e larisposta al danno del DNA che è chiamata senescenza cellulare eapoptosi. Sono incluse proteine codificate da geni tumori soppressori,inibitori citochini e loro recettori, anche alcuni membri come ITF-b(incremento trasformazione fattore–beta) e la loro trasmembranarecettore. Il sistema include anche proteine trasmembrane alcune

come E-coderina, questa è una cellula organica con tessuti epitelia-li, promuove la loro differenziazione. Alcuni nuclei ricettori sonorappresentati a quelli che legano acido retinico (AR) possono ancheagire come tumori soppressori. In aggiunta, proteine trasduttrici au-mentano il segnale inibitore, alcune come queste che traducono ITF-be relativi segnali, cosi bene come le trascrizioni regolari, rispondonoall’aumento di segnali inibitori come il retinoblastoma suscettibile

proteina (pRb9 può essere tumore soppressore). Proteine aptonichecomprendono altre classi di tumori soppressori, per esempio il BAXquale stimola l’apertura del poro permeabilità mito condriale, un

preludio all’apoptosi. Sensi finali di proteine regalano la riparazionedi danni al DNA, il controllo e la cellula responsabile dei danni delDNA possono essere tumori soppressori.

Lo scopo è introdurre nel corpo umano congegni terapeutici in-telligenti, che hanno come missione il controllo spaziale e temporale

del rilascio d’agenti terapeutici, in un’azione contemporanea dove




57

avviene il monitoraggio e l’efficienza di questi agenti. L’obiettivoè raggiunto con la costruzione di congegni con valori nelle nanoscale, che hanno lo scopo di ottimizzare la consegna dei medici-nali per raggiungere condizioni che possono sorgere molte volte

con la terapia anti cancro cronico, includendo le sofferenze, nau-sea, mancanza d’appetito, depressione e difficoltà respiratorie. Loscopo è di indirizzare le ricerche verso un perfetto coordinamentonei processi molecolari, sistemi biologici, l’ingegneria delle nanotecnologie e le ricerche nano tecnologiche da portare sul cancro. I

processi di fabbricazione di medicinali relativi alle nano tecnologiesono ispirati all’interazione di cellule, elementi cellulari e moleco-lari e l’ingegneria dei materiali, tipici dei grappoli d’atomi, fino araggiungere la frammentazione molecolare ai più elementari livelli

biologici. Alcuni obiettivi tipici delle nano scale, non tutti esclusi, macompresi tra quelli con piccole dimensioni sotto i 100 nm, possonoessere usati da soli e in parti impiegate in tanti congegni soggetti anano scale multifunzionali. Le nano scale sono le proprietà fisiche,chimiche e biologiche di materiali differenti che differiscono traloro fondamentalmente e spesso in modo inaspettate da quello della

corrispondente massa di materiali, perché le proprietà meccanichequantiche d’interazione degli atomi sono influenzate da variazionimateriali sulle scale non metriche.

Nella creazione di strutture in scale nano metriche, non è possibilecontrollare le caratteristiche fondamentali dei materiali, includendoil punto di fusione, le proprietà magnetiche e persino il colore senzacambiare la composizione chimica del materiale. Alcuni nano conge-

gni e nano elementi hanno alcune grandezze come entità biologiche.Queste sono piccole quando le cellule umane (da 10.000 a 20.000nano metri in diametro) e simili in grandezza a larghe macroscale

biologiche, alcuni sono enzimi o recettori, l’emoglobina per esempio, è approssimativamente a 5 nm in diametro, mentre i lipidi sustrati circostanti sono cellule spesse sull’ordine di 6 nm. Attrezzi con

piccole nano scale nell’ordine di 50 nano metri possono facilmenteentrare in molte cellule, quando queste sono piccole nell’ordine di

20 nm, possono anche transitare dentro il vaso sanguineo.

Nano tecnologie per la sconfitta al cancro



58

Come risultato, attrezzi in nano scale possono prontamente inte-ragire con biomolecole su entrambi le superfici cellulari e dentro lecellule, spesso in vie che fanno cambiare il comportamento e le pro-

prietà di queste molecole. Dai vari punti di vista scientifici, le attuali

costruzioni si caratterizzano come nano scale, congegni, che possonocontribuire a comprendere la genesi del cancro. Accessi non invasivinell’interiore di un livello di cellule, permettono opportunità inaudite.La ricerca clinica è basilare e rappresenta la ricerca di frontiera di

biologi, chimici, fisici ed ingegneri. L’abilità per interazioni simulta-nee con multi proteine critiche e acidi nucleici nelle scale molecolari,

provvedono meglio a comprendere le complesse regolamentazioni ei segnali attraverso la rete che governa il comportamento di cellulenel loro normale stato e come esse possono subire le trasformazionimaligne. Le nano tecnologie provvedono come base a piattaforme per l’integrazione e il rafforzamento in proteomica. Le nano tecnologiehanno una loro investigazione scientifica dentro le molecole naturalidi cancro; le opportune espressioni simultanee di geni e proteine e lestrutture di proteine con ricognizioni specifiche in campo, seguono iltrasporto in mezzo a comportamenti cellulari differenti. Similmente,

congegni di nano scale sono pronti a provvedere che essi possonotrasportare agenti terapeutici che devono essere attivati, quando questihanno un effettivo controllo sulle cellule cancerogene.




59

NANO TECNOLOGIE E DIAGNOSTICA

Le nano tecnologie offrono delle nuove valutazioni e cambiamentidelle proprie opportunità con lo studio delle interazioni con le mole-

cole delle cellule cancerogene in tempo reale sulle scale molecolari ecellulari, durante la formazione delle prime piattaforme dei processisul cancro. Attraverso la concertazione dello sviluppo d’attrezzi fattiin nano scale o attrezzi con materiali modificati da elementi in nanoscale, si faciliterà la loro integrazione dentro le infrastrutture esistentidelle ricerche sul cancro. Le conclusioni a cui bisogna giungere per rendere agibili queste tecnologie sono:

– Immagini di agenti diagnostici che dovranno seguire la scopertaclinica del cancro nella prima fase;

– Sistemi che dovranno provvedere in tempo reale accertamentiterapeutici ed efficienza chirurgica indicata per accelerare la clinicadi traslazione;

– Congegni multifunzionali bersaglio, capaci di oltrepassare bar-riere biologiche per consegnare agenti a terapia multipla direttamentealle cellule del cancro, direttamente nel micro ambiente dei tessuti

dove si determinano gli aumenti delle metastasi del cancro; – Agenti che possono monitorare e predire cambi molecolari per

prevenire cellule pre-cancerose che possono divenire maligne; – Metodi innovativi per maneggiare gli indizi del cancro e gli

impatti avversi sulla qualità della vita; – Ricerche di strumenti che dovranno essere capaci di identifi-

cazioni rapide di nuovi bersagli per sviluppi clinici e prevenire le

resistenze ai medicinali.I congegni con nano scale sono in qualche luogo da uno a cento eda uno a mille più piccoli di quelle delle cellule umane. Gli aspetti deinano congegni sono simili in grandezze a tante molecole biologiche(bio molecole) alcune come enzimi e recettori. Ancora un esempio,la molecola di emoglobina, che trasporta ossigeno nelle cellule disangue, è approssimativamente a 5 nano metri in diametro. I con-gegni nano piccoli 50 nm possono entrare in molte cellule, mentre

quelli piccoli 20 nano metri possono muoversi nelle vene e quindi



60

esse possono circolare nel corpo umano.Grazie a queste piccole grandezze, i congegni di nano scale

possono prontamente interagire con bio molecole su entrambi lesuperficie delle cellule e dentro le cellule. Con l’accesso ottenuto in

molte aree del corpo, esse hanno il potenziale per portare lo studio ela soluzione delle malattie del corpo umano in strade mai immaginate prima di ora. Quindi i processi, che includono eventi che conduco-no al cancro osservati dentro le cellule, determinano la richiesta distrumenti che sono provvidenziali ai ricercatori per intraprenderenuove e innovative strade di diagnosi per trattare la degenerazionecellulare che passa attraverso dai cambiamenti molecolari.

Nane tecnologie e terapia del cancro Nano congegni inducono a cambiamenti radicali di terapia nel

cancro e a un incremento del numero di agenti terapeutici effettivi,che possono servire anche a cure personalizzate. I nano farmacisono capaci di trasportare veicoli per traghettare grandi dosi diagenti chemio terapeutici o geni terapeutici dentro cellule malignee contemporaneamente salvare le cellule sane. Oggi, uno dei pro-

blemi urgenti è quello di limitare, al possibile, gli sgradevoli effettisecondari che accompagnano molti tipi di cancro terapia.

Attrezzi delle nane tecnologie

Nano fili. Nella fig.6, un nano sensore a fili è posato sotto un canaledi microfluido. Questi nano fili in natura hanno incredibili proprietàdi selettività e specificità. Come il flusso di particelle attraversa il

canale fluido, i sensori raccolgono sotto le molecole segnalate daqueste particelle e le passano immediatamente alla squadra di ri-cambio, questa informazione attraversa una connessione di elettrodiesterni. Questi nano congegni sono costruiti con carbonio, silicio ealtri materiali che hanno le capacità di monitorare la complessità deifenomeni biologici con scambio delle informazioni. Questi possonorilevare la presenza di geni alterati associati con il cancro e possono

ricercare punti luminosi con l’esatta locazione di questi cambiamenti.




61

Nano microscopi a trave (vedi fig. 7), con travi flessibili disposti

in fila come asticelle immerse, vengono incorporati usando tecni-che di semiconduttori litografici. Questi possono essere rivestiti damolecole capaci di legare specifici substrati di DNA complementaria specifiche sequenze di geni. Alcuni strumenti a micro grandezza,contengono molti travi nano metriche di varie grandezze e possonocontenere singole molecole di DNA o proteine. Oggi le ricerchedelle nano tecnologie relative al cancro procedono su due fronti,diagnosi effettuata in laboratorio e diagnosi in vivo e terapia. Stru-menti disegnati per l’uso in laboratorio sono indirizzati su molti

Nano tecnologie e diagnostica

Trave

Fig. 6: Nano sensori a fili.

Fig. 7: Nano sensori a forma di trave.



62

dei metodi sviluppati sulla costruzione di elaborati a pezzettini. Per esempio i fili di nano matrice di origine nano tubo, della grandez-za di 1-2 nano metri e anche scale micron di materiale di silicio,

possono essere rivestiti con anticorpi moto clonali diretti in varie

parti del tumore. La preparazione minima di substrati di campioniè legata a piccoli numeri di antibiotici, prodotti su misura variabilenella conduttività degli strumenti, guidata da una piegatura, incre-mentando la sensibilità sotto la corrente della tecnica diagnostica.

Nano scale disposte a trave, microscopi, travi flessibili assottigliatein file immerse, imbarcate ed edificate come nelle tecniche di semi-conduttori litografici. Questi possono essere rivestiti con molecole

capaci di veicolarsi in specifici substrati con DNA complementarisequenze specifiche di geni. Alcuni strumenti di nano-grandezza,compresi molti nano travi, possono detenere singole molecole di DNAo proteine. Ricerche sono anche state sviluppate con una larga varietàdi nano particelle in scale che servono come piattaforma diagnosticastrumentale. Per esempio, molecole di DNA, nano perline, hannoil potenziale di servire come una fondazione versatile per detenere

virtualmente alcune proteine o acidi nucleici, con sensibilità multipleche oggi non è possibile ottenere con i metodi convenzionali in uso.Se queste prove possono generare proprietà in alcuni sistemi, basati su

particelle diagnostiche, si dovrebbe prevenire per arricchire il piano,con un raro bio segnale per impartire diagnosi utili e indicatori di

prognosi. I punti quantici, alcuni come il cadmio selenite, insieme alcarbonio nano tubo, sono utensili di nano scale usati nelle diagnosidi laboratorio. Il prodotto cadmio selenite è impiegato per sviluppare

nuovi metodi per raccogliere energia solare, queste molecole nuovesono ottimi semiconduttori in nano scale, rivestiti interpretano unasorgente con la luce molecolare, questi colori dipendono unicamentedalla grandezza delle loro particelle.

Quando i punti quantici sono collegati ad un antibiotico o altremolecole, esse dipendono unicamente dalla grandezza delle parti-celle. Se collegati con un antibiotico o altre molecole sono capaci di

legare una sostanza di interesse, i punti quantici si esprimono comeun faro luccicante. Un ago incastrato in modo permanente dentro un




63

braccio non è sicuramente sopportabile, ma un sottile tubo invisibile,anch’esso un utensile di medicina, che può consegnare medicinali ovaccini come un ago, grazie alle nano tecnologie rendono le terapieanticancro nel nostro corpo un atto quasi trasparente. Ora si immaginiun ago, più piccolo di 100.000 volte, con una capacità di spingerenon attraverso la nostra pelle, ma attraverso le pareti di una celluladi cancro.

Sembrerebbe a quanto pare impossibile, ma questi nano aghi

esistono, sono chiamati carbonio nano tubo e rappresentano la via


Fig. 8: Percorso per l’attacco al cancro.



64

maestra da seguire nella costruzione di strumenti essenziali per ilXXI Secolo. La verifica dell’utilità del carbonio nano tubo dovrebbeestendersi attraverso il loro uso come nano scale a forma di ago che

possono trasportare medicine direttamente dentro le cellule tumorali(prese oralmente o iniettandole). Sembrerebbe che i ricercatori stes-sero usando queste forme originali per creare macchine in miniatura

ai raggi-x che possono controllare attraverso il percorso del sanguee portare gli uccisori del cancro direttamente ai tumori. Il carbonionano tubo attacca i tumori caldi e li porta a morire, la sua strutturaè basata su sensori specializzati. I carbonio nano tubo sono struttureversatili che nei prossimi anni possono andare ad incidere in modoenorme sulla medicina. Il carbonio nano tubo fu osservato la primavolta nel 1991 da Sumio JiJima su un microscopio elettronico: il

ricercatore stava studiando i vari materiali che si formano con lavaporizzazione del carbonio provocata da una corrente elettrica.Carbonio nano tubo si ottiene in due forme base: una parete singolae una a pareti multiple

Il carbonio nano tubo a pareti singole, ha un grande potenziale per l’uso nelle ricerche sul cancro in oncologia; in chimica, possonoessere usati in vario modo come un foglio di grafite, il materiale èusato come una matita, arrotolato dentro un cilindro di 1.2-1,5 nano

metri di diametro, la disposizione del nano tubo è ottenuta mediante


Fig. 9: Disposizione di nano fili.



65

una collocazione degli atomi a forma di esagono. Multi pareti dicarbonio nano tubo sono simili, includono tubi concentrici multiplisomiglianti a tre anelli. Nel mondo della scienza dei materiali, ilcarbonio nano tubo è famoso per le sue proprietà fisiche: il carbonio

nano tubo a pareti singole ha comportamenti simili ai metalli, edinfatti come metalli è conduttori di elettricità o di calore. Comunque,con un’esile torsione nella loro struttura, il carbonio nano tubo è unottimo semiconduttore. Il carbonio nano tubo da le fibre più forti mai

create. I lavori e gli studi sulla manipolazione delle proprietà fisichedel carbonio nano tubo, proseguono; siamo continuamente sorpresi dacosa si può realizzare con questo materiale. Imparando a modificarela chimica del carbonio nano tubo, siamo pronti a creare materialicon proprietà che non abbiamo mai visto prima. Come con alcuni

materiali nuovi, esso ha fatto presa ed è profondamente sviluppato


Fig. 10: Rappresentazione di carbonio nano tubo.



66

per migliorarne l’uso. Dopo aver speso molte energie nell’integra-zione di questi nuovi materiali, molti ricercatori guardano a nuoveapplicazioni, considerando i nano tubi ultra corti, nei valori da 20 a100 nm e anche più corti. In questo rapporto di grandezze i nani tubi

sono pronti a prendere sotto di loro le cellule e cosa importante, essisono anche limpidi e possono essere inseriti rapidamente nel corpoumano, questo aspetto è importante per il ruolo agente che hanno:

bisogna pensare a minimizzare l’ammontare dei segnali specifici difondo (rumore) ricevuti da alcuni agenti che non sono impegnatisu un tumore ma precisamente nell’area circostante, dove il flussosanguineo è giustificato.

In America un gruppo di ricercatori ha sviluppato un metodo per adeguare una varietà di ioni metallici dentro queste capsule dicarbonio nano tubo. Nano capsule con cariche di ioni di gadolinio,rappresentano un agente di contrasto MRI, che come iodine radioattivoo astine (elemento familiare come le iodine) sono state sviluppatecome terapia anticancro. Una formulazione sotto sviluppo è quelladi addizionare anticorpi monoclonali che riconoscono le cellule delmelanoma all’esterno del nano tubo. Altri nano tubi sono formulati

con l’obiettivo di incidere sulle cellule leucemiche. Un gruppo di ri-cercatori sta anche sviluppando un carbonio nano tubo con l’obiettivodi farne un nanoveicolo che trasporta molecole anticancro. Uno deigruppi di studio ha raffigurato che il nano tubo può essere consideratocome la nave traghetto per il trasporto di proteine o altri medicinalidentro le cellule e anche creare una miniatura con bisturi terminaliche possono asportare le cellule morte di cancro.

Nello scorso anno sono stati raggiunti grandi numeri nell’usodi nano tubo come strumento di trasporto di medicinali. In diverseesperienze, la ricerca rappresenta che il nano tubo dovrebbe tra-sportare una proteina conosciuta come il cito cromo su cellule conforma di membrane. Molto importante, è il trasporto delle proteine,quando queste possono pulire le cellule morte, ritenendole questeultime come un’attività biologica, che termina solo quando questesono fuori dalle cellule. Altri gruppi di ricerca stanno impiegando il

carbonio nano tubo come agente terapeutico, attivando una tecnica




67

attraverso la quale il nano tubo può essere azionato come un’armadi nano scala che letteralmente con colpi da lontano attacca le zonedella cellula cancerogena. Mentre nei loro lavori iniziali sono statiimpegnati per usare carbonio nano tubo come farmaco trasportatore,

le ricerche proseguono perché gli indirizzi sono che le nano bombedi carbonio nano tubo, rappresentano una grande promessa cometerapia per l’eliminazione delle cellule cancerogene. Con partico-lare enfasi su seno, petto, mammelle, possono essere bombardatecon forti scosse d’onda d’urto, uccidendo le cellule cancerogenecosì come quelle piccole che sono presenti nel vaso sanguineo chenutrono le cellule malate. Ricerche sono fondate su carbonio nano

tubo solubili nell’acqua che esprimono una più bassa tossicità diquelli che non sono solubili in acqua. I ricercatori, hanno cercatonano tubo che possono non essere tossici, attraverso una piccolamodificazione chimica. I nano tubi sono lunghe molecole incavatedi puro carbone con pareti spesse giusto un atomo. Il carbonio nanotubo sono nano particelle di alto profilo e vengono considerate utili

per vari tipi di applicazioni in medicina. In campo medico, la cito


Fig. 11: Trasporto di medicinali in fili nano tubo.



68

tossicità di un nano tubo è bassa e può essere ridotta con un semplicecambiamento chimico. Ricerche avanzate sono state condotte sullatossicità del carbonio nano tubo e diversi ricercatori hanno esaminatola cito tossicità delle molecole cave di carbonio. Allo stato nativo

il carbonio nano tubo è in forme insolubili, mentre esso si presentaincompatibile con la base d’acqua nell’ambiente del sistema vivente.La solubilità è un problema chiave per le applicazioni mediche edi ricercatori stanno sviluppando metodologie che rendono i nanotubi solubili. In particolare, gli scienziati sono pronti a esplorare le

proprietà fluorescenti del carbonio nano tubo, nonchè l’abilità delcarbonio nano tubo a trasportare medicinali e bio molecole dentro lecellule. In previsione, molti studi hanno dimostrato che una superficieminore modifica drasticamente la tossicità.

In diversi casi, le ricerche identificano alterazioni specificheche riducono la tossicità. La cito tossicità invia effetti tossici sullesingole cellule. Questi studi identificano culture di cellule esposte avarie forme e concentrazioni di tossine. Per paragonare la tossicitàin composti differenti, gli scienziati guardano per le concentrazioni,misure tipiche in parti per milioni o miliardi di materiale che por-

tano alla morte del 50% delle cellule malate in una cultura di 48ore. Negli studi ricorrenti, le ricerche vengono effettuate su culturedi pelle con dosi di quattro tipi di carbonio nano tubo solubile inacqua. I quattro tipi includono un carbone decorato sospeso in unasoluzione di sapone e tre forme di nano tubi che sono resi solubili

per via dell’impiego della chimica con gruppi di idrogeno solfide,sodio sufide e acido carbossilico. Mentre si affrontano questioni circa

la bio compatibilità dal carbonio nano tubo, la ricerca ha dimostratoche la modificazione chimica rende il carbonio nano tubo solubilein acqua e quindi si rivela un incremento della bio compatibilità diquesti promettenti nano materiali.

Da due nuovi rapporti si legge che uno descrive un metodofacile per costruire nano tubo solubile in acqua, l’altro riferisce chedall’azione di nano tubo solubile in acqua si prevedono sviluppiimpetuosi del carbonio nano tubo in bio medicina. Un risultato rag-

giunto è un carbonio nano tubo 125 volte più solubile. In aggiunta,




69

i nuovi nano tubi, seguendo un breve trattamento al calore, possonocondurre elettricità e quindi dovrebbero funzionare bene in funzionedi micro fluidi e applicazioni bio sensibili. Per avere questi risultatii ricercatori aggiungono al carbonio nano tubo una miscela di acido

nitrico e acido solforico. I nano tubi sono posti in una miscela per treminuti, ottenendo la modificazione del tubo che risulta nella superficiecoperta di oro, con cariche negative carbossilate e gruppi solfonati,similari, rispettivamente, alla presenza di acido acetico e sali di acidosolforico. L’alta negatività delle cariche del tubo risultante aumenta laloro solubilità da circa 0,08 milligrammi di nano tubo per millimetrid’acqua a 10 milligrammi di nano tubo per millimetri di acqua. Leanalisi susseguenti dicono che i nuovi nano tubo contengono gruppicarbossilati, mentre uno su dieci ha un gruppo solfonato. Entrambii gruppi carbosilati e solfonati conferiscono funzionalità addizionalimultiple alla superficie di questi nano tubi. Per esempio, sarà possibileottenere un attacco a tumori bersaglio con gruppi di sulfonate e unamedicina anti tumorale al gruppo carbossilato.

Per aumentare la sicurezza per applicazioni in bio medicina bi-sogna quindi usare carbonio nano tubo solubile in acqua. Una delle

modifiche provate dai ricercatori prevede la sperimentazione di unnano tubo complesso con l’elemento radioattivo Indio-111, che èlargamente usato per studiare la bio distruzione con potenti agentiterapeutici. Dopo l’addizione di questo radio isotopo immesso nelnano tubo, la ricerca dovrà essere capace di tracciare il transito per via endovenosa amministrando il carbonio nano tubo attraverso levene sanguinee usando la tecnica della scintillografia.

Anche le nano bombe sono esplosive e uccidono le cellule can-cerogene. Diversi sistemi di cellule conosciute come istociti (macro-fago) possono effettivamente pulire i detriti che sono prodotti dalleesplosioni delle bombe, i nano tubi possono rimuoverle. Molti altriricercatori studiano il carbonio nano tubo come agente terapeutico.

Un’interessante proprietà del carbonio nano tubo è che esso as-sorbe luce chiara nelle varie lunghezze d’onda, quindi questa luce

passa in modo inoffensivo attraverso il nano tubo e di conseguenza

attraverso le cellule. Un brillante raggio di luce all’infrarosso, che




70

incide su un carbonio nano tubo dà dei risultati sorprendentementeeccezionali. Elettroni immessi in un nano tubo iniziano ad eccitarsie questo produce un eccesso di energia nella forma di calore. L’espe-rimento consiste nel collocare la struttura di nano carbonio sotto

l’influsso di un raggio laser all’infrarosso, la parte colpita dovrebbearrivare a produrre un calore nella zona di trattamento all’incircadi 70°C in due minuti. Quando i nano tubi sono investiti con luceinfrarosso, il nano tubo, con acido folico o acido p-teroil glutammicoattaccato sulla superficie, può essere indirizzato bersagliando moltitipi di cellule cancerogene. Il folate è stato sperimentato su alcunimodelli usati oggi. In realtà queste sono strade interessanti e per laloro praticità sono percorribili molto bene. Un esempio: si possonoattaccare degli anticorpi a un carbonio nano tubo per indirizzarloin cellule cancerogene particolari come quelle che costituiscono il

linfoma o cancro del sistema linfatico.Attaccato ad un carbonio nano tubo, l’antibiotico dovrebbe giocare

un ruolo da cavallo di Troia direttamente dentro le cellule malate. Lericerche condotte con i linfomi, dimostrano che posizionati i nano tubisulla pelle dell’animale cavia a cui sono state preventivamente immes-se cellule infette, questi possono distruggerle. Gli studi dimostranoche il carbonio nano tubo si presenta come un interessante agente intra

cellulare. I nano tubi, all’inizio, sembravano che non potessero entrare


Fig. 12: Bombardamento con nano tubi.



71

dentro le cellule. Le ricerche attuali riferiscono di nano tubi che hannole forze necessarie per entrare dentro le cellule passando attraversola membrana cellulare e lo fanno anche facilmente. Alcune ricerchedicono che il carbonio nano tubo, può causare tossicità dimostrata se

somministrato in grandi quantità. Infatti, alcuni esperimenti hannodimostrato che in certe circostanze il carbonio nano tubo può rilevarsitossico. Il carbonio nano tubo inalato ad un gatto, produce un aumentodei tumori nell’animale. Altri lavori dimostrano che il carbonio nanotubo, dovrebbe danneggiare le cellule quando rilascia le proteine: ilmeccanismo è dovuto a sforzi ossidativi che sono conseguenze relativeai processi produttivi. Il nano tubo usato nell’applicazione bio medica-li, non dovrebbe essere presentare tossicità a bassi livelli d’iniezione.Si pensa che la tossicità, che alcuni esperimenti riportano come fattodimostrato, sia il risultato della contaminazione che rimane nel nanotubo quando questo è prodotto dalla sinterizzazione. Quando viene

prodotto, il carbonio nano tubo “puro” non contiene alcuna tossicità,anche impiegando alte dosi.

In definitiva quando si è alla presenza di carbonio nano tubo cheè dissolto in acqua, esso presenta una piccola tossicità anche se si è

alla presenza di un’alta concentrazione. È dimostrato che nelle cellule


Fig. 13: Tecniche di bombardamento.



72

che non hanno più di 70.000 parti di carbonio nano tubo non si se-gnala alcuna tossicità. Tuttavia, alcune immagini o agenti terapeuticisviluppati, usando il carbonio nano tubo, dovrebbero subire rigorosistudi di tossicologia prima di essere utilizzati in serie. Ottimi sono

i metodi che un gruppo di ricercatori sta sviluppando selezionandotecniche sensibili che prevedono il carbonio nano tubo in soluzioni biologiche. Il metodo prevede un attrezzo per tracciare la locazionedel nano tubo in cellula, tessuti e organismi. In questi termini il nanotubo bio distribuito non dovrà solo aiutare i ricercatori a proporrericerche per la terapia del cancro ma anche sviluppare l’uso del nanotubo come agente immagine migliorando ed estendendo la raccoltadei dati sulla sperimentazione di agenti che sono poi approvati dallaUS Food Drug Administration per uso umano.

Molti gruppi di ricercatori stanno lavorando sulla preparazioned’alcuni nano tubi da inviare dentro le cellule cancerogene. Per lesue eccellenti proprietà elettro conduttive, il carbonio nano tubo èindicato per divenire parte fondamentale della ricerca, poichè esprimeuna capacità di miniaturizzazione molto adatta per determinare etracciare il segnale del cancro attraverso un semplice punto di spillo

iniettato nel sangue. Questa è una operazione molto semplice cheil paziente potrà ricevere nel laboratorio del proprio dottore. Altriricercatori, invece, stanno impiegando elettrodi modificati con nanotubo, con lo scopo di creare congegni sensibili capaci di definirele specifiche sequenze del DNA, incluse quelle associate al cancrodella mammella gene BRCA1. Altri ricercatori hanno attaccato gliantibiotici sulla superficie del carbonio nano tubo che può aggregare

le molecole sparse in quei tumori presenti nel flusso sanguineo.In entrambi i casi, l’idea fondamentale, è quella di predisporrenelle cellule, del carbonio nano tubo con un differenziale elettrico,questo avrà la funzione di segnalare la presenza del tumore conun cambio di differenziale che causa una corrente elettrica. Altricongegni usano il carbonio nano tubo come pinzette per la manipo-lazione delle molecole nelle cellule. Altri gruppi di ricercatori, sonoin fase di start-up nello studio dell’uso del carbonio nano tubo come

elettroni, in varie grandezze di nano scale, che dovrebbero portare a




73

fibre ottiche o fonte di raggi-x. Con minuscole macchine a base diraggi-x, che collocate dentro il corpo danno l’immagine diretta del untumore che viene bersagliato con una dose letale senza danneggiareirrimediabilmente i tessuti circostanti

Questa breve carrellata presenta una varietà di studi sul carbonio

nano tubo che sono alla base di applicazioni futuristiche. In moltisettori i ricercatori al momento sono al punto di partenza.

Solo tra diverso tempo si potrà raccontare quale delle tante proposte darà risultati validi e accettati dal corpo umano risultandol’arma definitiva che l’oncologia clinica adotterà per vincere la sua

battaglia contro il cancro.

Fig. 14: Visione a microscopio di un filo di nano tubo.




74

T a v o l a 2 : S c h e m

a d i m e n s i o n a l e



75

NANO TECNOLOGIE E CANCRO TERAPIA

Abbiamo visto come stumenti in nano scale hanno il potenzialedi cambiare radicalmente le terapie del cancro. Le nano scale de-

vono identificare ed indirizzare gli agenti chemioterapeutici o geniterapeutici. Uno dei grandi vantaggi sociali legati alla persona, èla drastica riduzione degli effetti sgradevoli che accompagnano leterapie di oggi. Le ricerche hanno fatto vedere come le nano scaleimpiegano congegni che possono bersagliare le cellule cancerogene,alcuni come silice rivestita di micelle (polimeri sferici ramificati), altridi tipo ceramico, nano particelle o liposomi. Queste sono tecniched’attacco mirate con anticorpi monoclonali o cellule ricettrici legate,che assicurano tecniche specifiche da applicarsi sulla superficie dellecellule cancerogene. L’ormone rilasciato è l’ormone luteinizzante(OR-LU) a cellula endoteliale che inizia a diventare co-opzione dacellule cattive, alcune come le integrate a

vB

3.

Alcuni ormoni formati da nano particelle, cercano il loro obiettivoe possono essere rapidamente immesse dentro le cellule. Come sforziin proteomica e genomica, evidenziano, che le molecole delle cellule

cancerogene, bersagliate con nano particelle, dovrebbero ricevere ilfarmaco anticancro direttamente e funzionare come le cellule endo-teliali che, prodotte dal midollo osseo, hanno il compito “naturale” di riparare i danni sulle superfici dei vasi sanguigni. Eventualmente,dovrebbe essere possibile una miscela ed individuare alcuni farmacianticancro e tecnologie basate sull’invio del veicolo che trasportagli agenti bersaglianti. Questi studi danno ai ricercatori l’opportunità

di definire in fondo le proprietà terapeutiche e la scoperta di nuovemolecole bio attive. Molti sforzi sono incentrati sulla costruzione dinano strutture “intelligenti” che dovranno eventualmente essere ca-

paci di rintracciare le cellule maligne in vivo, localizzarle nel corpo,ucciderle e rimuoverle, riportando indietro il loro carico dopo aver fatto il proprio lavoro.

I principi operativi che guidano questi studi che sono in corso sicompletano su strutture multifunzionali, creano blocchi di costruzioni

che operando possono essere utilizzate per affermare e modificare le



76

richieste particolari di una data situazione clinica. Un buon esempio,viene dal mondo biologico dove possono essere create, in nano veicolivettori (multi funzionali) per materiale genetico, delle capsule fattedi virus con un set limitato di proteine, ed alcune con funzionalitàchimiche specifiche. La promessa è che 60 copie di proteine rivesti-

te vengano assemblate dentro una capsula funzionale di virus chedovrebbero essere usate per attaccare, come antibiotici mono cloni,delle cellule di cancro presenti in superficie. Questi studi sono seguitiattraverso le immagini di risonanza magnetica (IRM).

Altri lavori che presentano l’esistenza naturale di nano strutturesono una premessa per la chimica e l’ingegneria, che da sempreottengono progressi sui materiali sintetici dentro congegni multifun-

zionali. Polimeri sferici chiamati dendrimeri da 1-10 nm, con pesimolecolari uniformi ottenuti da monomeri ramificati, sono materiali particolari dotati di modalità multifunzionali. Un polimero costituitoda ramificazioni intrecciate si chiama dendrimero, dall’antica parolagreca che significa “albero”. I dendrimeri hanno la possibilità ditrasportare farmaci compresi quelli anti cancro come methotrexate o

paclitaxel. Un dendrimero a base di silicio è in grado di intrappolarel’ossigeno tra i suoi rami. Si spera che questo possa essere impie-

gato in futuro come sangue artificiale. In un futuro più immediato, i


Fig. 15: Rappresentazione di una nano silice.



77

dendrimeri possono finire in rivestimenti superficiali o essere usaticome catalizzatori.

Gli esperimenti in vitro e in vivo prevedono questi nano conge-gni, per distribuire le terapie specifiche grazie anche alle funzioni diindicatori fluorescenti che identificano il bersaglio prima e le cellulemorte dopo con relativo controllo sull’effetto desiderato. La strada daseguire è quindi quella della sperimentazione come collaudo clinico didiversi tipi di dendrimeri nel trattamento di diversi tipi di cancri.

Questi nano attrezzi multi funzionali, che si possono definire

nano clinica, diventano nuovi tipi di terapie per uccidere le cellulemaligne. Per esempio, una silice avvolta con una micella di lipidecontenente LH-RH come un agente bersaglio è stato usato per con-segnare particelle d’ossido di ferro. Questi ricettori funzionali sonochiamati nano clinici e possono non solo essere visualizzati usandol’IRM ma possono anche essere azionati dentro scale molecolari con

bisturi termici, applicando un rapido campo d’oscillazione magnetica,che causa l’intrappolamento delle molecole di Fe

2O

3 perché calde,

attraversano le cellulle che così vengono uccise.

Nano tecnologie e cancro terapia

Fig. 16: Tecniche d’intervento e terapie.



78

I fattori operativi critici dicono che le nano particelle possonointrappolare 10.000 o più di molecole Fe

2O

3, provvedendo ad au-

mentare la sensibilità e la massa termica sufficiente per distruggerele cellule.

Usando la luce in terapie foto sensibili, inclusa la foto dinamica,si genera ossigeno che viene intrappolato localmente. Il percorso fu-turo di questo lavoro è anche intrappolare un sistema come la coppialuciferina-luciferase. I nano attrezzi multifunzionali costituisconola possibilità di cambiamenti radicali nella pratica oncologica, nelsondaggio del corpo e al primo segnale di cancro l’inoltro di terapiedurante lo stato iniziale della malattia.

Al centro di aspetti modulari, vi è una piattaforma con caratteristi-che che possono essere misurate e marcate con un agente segnalatoreche dovrà essere identificato da un programma sempre in azione, conla valutazione costante della terapia.

Le nano tecnologie rappresentano un ponte che unisce la scienzafisica e l’ingegneria nelle sinergie necessarie con la moderna biologiamolecolare nello studio delle bio molecole e dell’assemblaggio biomolecolare. Il futuro è la diagnosi e la soluzione a malattie mutoge-

ne (cancro, malattie cardiovascolari, malattie ambientali, malattied’Alzheimer ecc.), disfunzioni d’organi e patologie degenerative.

Nuove tecnologie nelle immagini molecolari Bisogna iniziare a sviluppare sonde fisiologiche che esplorano

i processi in nano scale che avvengono negli organi umani. Primaviene diagnosticato il cancro e più controllabile diventa l’incremen-

to della malattia nei tessuti. Con queste sonde si avranno nuoveimmagini molecolari che forniranno una comprensione qualitativadelle funzioni dei sistemi biologici che lavorano su scale nano me-triche. Questi strumenti serviranno per osservare eventi molecolarie seguire le tracce della distribuzione dei medicinali attraverso lacinetica delle molecole nelle diverse condizioni fisiologiche deitessuti interessati. Il miglioramento delle immagini con risoluzionespaziale nano metrica e la velocità di processo dei codici genetici

rivelati saranno i traguardi da raggiungere per seguire il destino di




79

una singola molecola e controllare la sua interazione con le altremolecole che la circondono.

Strumenti analitici qualitativi Le sfide che l’ingegneria dovrà affrontare e risolvere per svilup-

pare le nuove tecnologie che la medicina richiede saranno:

-capire le funzioni che regolano le attività delle cellule e comeesse possono essere manipolate in maniera praticabile

-comprendere e organizzare i segnali spazio-temporali che inne- scano e controllano secrezioni, incrementi, differenzazioni, mobilitàe rinvenimento delle cellule biologiche.

Integrazione delle informazioni

L’applicazione di nano sonde avanzate combinata con il rilevamen-to delle immagini ottenute in tempo reale e insieme alla registrazionedelle informazioni genomiche, proteomiche e biochimiche dovrannoessere integrate dentro modelli di calcolo evoluti e complessi cheguideranno le sperimentazioni nella determinazione delle sequenzee le gerarchie dei processi vitali delle cellule da studiare.

Modello fisico delle cellule

Un punto decisivo è comprendere come le parti di una cellula


Fig. 17: Percorso nano clinico.



80

lavorano. Lo studio dovrà dare nuovo impulso alla ricerca delle re-lazioni fisiche tra i membri delle cellule e della funzione irregolaredelle anormalità patologiche. Combinazioni genomiche e proteomichein nano biologia, dovranno definire i difetti associati con le malattie

per offrire terapie molto efficienti. Questa definizione include ladeterminazione della “istruzione all’assemblaggio” che determinal’inizio dell’implementazione degli elementi cellulari alle scale nanometriche. Alcuni processi d’assemblaggio dovranno testare ipotesidi generazione della vita con i geni e dovranno anche produrre ma-teriali utili e attrezzi per la diagnosi e il trattamento delle malattieumane.

Una parte rilevante della medicina del domani, racchiude l’in-gegneria dei nano sistemi che può essere integrata dentro sistemi

biologici, includendo sensori impiantati in tessuti umani e celluleche dovranno provvedere a dare, in tempo reale, informazioni su

processi biologici e funzioni, che dovranno, a loro volta, essere potenziate convenientemente per lungo tempo nel monitoraggio insitu. Susseguentemente, le piattaforme nano fabbricate con pezziintegrati in nano scale saranno migliorate al fine di costruire attrezzi

integrati a basso costo e portabili. Sistemi migliorati ad alte presta-zioni possono essere sviluppati per attivare le analisi dei materiali

biologici. Avanzato è anche il campo della distribuzione dei farmacie delle terapie intelligenti. Sono richiesti sistemi “intelligenti” per il trasporto dei medicinali e possono essere sviluppati con senso econ risposte date da specifici agenti chimici (liberazione d’insulinacon risposta al glucosio). Nano congegni multifunzionali, sono

sviluppati con tecniche simultanee atte a trovare diagnosi, trattare emonitorare le decisioni della terapia che deve ricollocare, riparare erigenerare le malattie dei tessuti. In ultimo, la nano medicina dovràrestaurare il normale stato di salute seguendo la rigenerazione deitessuti, il funzionamento di organi e sistemi d’organi all’interno diun sistema capace di aiutare la prevenzione delle malattie. I risultaticostituiranno una nuova era nella cura della salute umana.

La ricerca sui nuovi materiali deve risolvere la questione di com-

patibilità tra biologia e nano tecnologie. Per esempio, la tossicità e




81

compatibilità di nano materiali in sistemi biologici (inclusi umani eanimali) richiedono esami accurati. Indirizzi efficienti sono questio-ni che richiedono grandi collaborazioni tra gli scienziati dei settori

biomedicali e quelli di altra estrazione scientifica. I risultati delle

ricerche in nano biotecnologie dovrebbero essere distribuiti in unnetwork informativo condiviso affinchè le diverse discipline, specia-listiche come genomica, proteonica, biochimica e bio fisica, possanocatalizzare nuovi interessi professionali e scientifici di ingegneri,fisici, matematici e chimici, per integrare ed organizzare le diverseesperienze nella creazione e sperimentazioni di modelli funzionali disistemi cellulari sempre più evoluti. Parallelamente uno dei capitolifondamentali diventa la sicurezza e la conseguente mancanza ditossicità dei nano materiali che diventa linea guida comune.

Le nano tecnologie avanzano nell’immagine del cancroDurante tutta la storia della medicina moderna e, in modo par-

ticolare, in oncologia clinica, i progressi importanti nel trattamentodelle malattie e delle lesioni, sono stati determinati dallo sviluppodella visione dentro il corpo. L’avvento della tomografia compu-

terizzata (TC) per esempio, offre il miglioramento delle immaginidei tumori con dettagli di gran lunga superiori a quelli visibili congli strumenti convenzionali a raggi-x. Questo permette all’oncolo-go una determinazione migliore del tumore prima della rimozionechirurgica. Similmente le immagini di risonanza magnetica dannoconto di grandi dettagli anatomici, mentre lo sviluppo della tomo-grafia ad emissione di positroni (TEP) dà ai ricercatori del cancro

e agli oncologi la possibilità di monitorare le attività metabolichedei tumori, con il grosso vantaggio di definire una strada uniformee veloce nella valutazione degli effetti della terapia. Alcuni di questimetodi d’immagini offrono un difetto comune: non sono abbastanzasensibili sui piccoli tumori che sarebbero più facilmente ed effica-cemente trattabili.

I metodi di visione producono immagini statiche, sono foto istan-tanee di un tumore e pertanto non offrono informazione circa lo svol-

gimento e l’evolversi dei processi tumorali o degli effetti di risposta




82

all’impiego di medicinale su un tessuto particolare. Sempre di più sirileva la necessità di sviluppare nano tecnologie capaci di risponderea queste richieste di guardare il cancro da vicino in real-time. Non cisono dubbi le immagini possono aiutare la terapia del cancro. Alcuni

ricercatori hanno testato l’uso di nano particelle d’ossido di ferrocome traccia, mentre i dendrimeri, che le contengono, si muovonoattraverso il corpo. Cellule dendrimeri sono candidate per provocareimmuno-risposte che dovrebbero uccidere il tumore. I ricercatori,

per dimezzare i tempi di riuscita, confidono nell’iniezione diretta diqueste cellule terapeutiche con nano particelle magnetiche dentro ilinfo nodi e dentro i tessuti. Oggi nano particelle magnetiche, sonousate in grande quantità nei metodi d’immagini IRM (Immagini dirisonanza magnetica).

Questi nano congegni multi funzionali sono disegnati per essereagenti d’immagini e medicinali anticancro.

Differenti gruppi di lavoro hanno iniziato a ricercare tumori-obiettivi su cui sperimentare i loro congegni. Alcuni ricercatorihanno pubblicato articoli in cui viene descritto l’impiego di den-drimeri a cui sono attaccati agenti fluorescenti per la produzione di

immagini. Contemporaneamente questi agenti possono identificarele cellule cancerogene e ucciderle. Ricerche per attaccare il cancro,sono state avviate con medicine, come la ametopterina che è unanano particella dendrimero. Le ricerche sono condotte con due dif-ferenti combinazioni dendrimeri-ametopterina. In una formulazione,la ricerca impiega un dendrimero che ha gruppi acidi carbossiliciliberi ed alla fine gruppi multifunzionali di polimeri dendrimeri che

vengono chiamati coniugati (a). La seconda formulazione chiamataconiugato (b) comprende un dendrimero con un gruppo amino libero, posizionato alla fine del polimero. Quando sono testate nell’azionedi uccidere il tumore, i due dendrimeri producono marcatamenterisultati differenti. I coniugati (a) sono molto tossici su tutte le cel-lule cancerogene in confronto del coniugato (b). Molto importante,è il fatto che il coniugato (a) è la sola formulazione che uccide lecellule cancerogene.




83 Nano tecnologie e cancro terapia

Un segnale spinge le immagini Virtualmente tutte le immagini tecniche lavorano su alcuni prin-

cipi generali, tra questi l’ “irraggiamento” dentro il corpo. Questaenergia interagisce con le molecole e le strutture del corpo, secondo

percorsi precisi ed univoci Un rilevatore elettronico discrimina questeinterazioni attraverso variazioni di segnale e registra i dati che dannoluogo alla mappatura degli eventi attraverso l’elaborazione di unaimmagine. Una scannerizzazione computerizzata tomografia (SCT)usando raggi-x fa passare dei raggi attraverso il corpo e un computer ricostruisce i dati per creare un’immagine. Usualmente si ricorre aforma d’energia vicino alla luce infrarossa. Nella risonanza magne-tica, si utilizzano i campi magnetici. In generale sono le proprietàfisiche, chimiche ed anatomiche che attraverso tecniche elettronicherealizzano le immagini dei tessuti analizzati. Le tecniche riportatesono state sviluppate grazie ad un un concetto di conoscenza comunedetto “segnale a diffusione”. Con l’impiego di software dedicato sirendono poi facilmente osservabili i dati rilevati attraverso immaginitecniche. Con i segnali di diffusione si ottengono le informazionisulla presenza del tumore e il rumore di fondo. Il rumore, la parte

dell’informazione che non interessa costituisce un problema. Si pensiad una conversazione con un amico in un luogo chiuso. Quando ledue persone si trovano in una cabina isolata, il segnale è il suonodelle due voci e il rumore dovrebbe essere quasi nullo. Se, invece, ledue persone si trovano in un auditorium affollato, il segnale rumoredella folla si eleva e copre il suono delle voci.

È quindi necessario un’amplificazione elettronica che come un

megafono aumenti il livello del segnale che interessa per distinguerlodal rumore. La comunità scientifica ha sviluppato, grazie a conoscenzecollettive, questo megafono inventando gli agenti di contrasto. Questemolecole possiedono caratteristiche fisiche che incrementano la forzadel segnale che identifica la presenza del tumore.

Immagini di risonanza magnetica ottenute con agenti di contra-sto fatti da nano particelle rivestite di gadolinio, per esempio, sonoimmagini molto promettenti.

Gli ioni di gadolinio sono elementi usati per migliorare l’imma-



84

gine della risonanza magnetica (IRM). In effetti, parecchi gruppi diricercatori hanno incorporato fino a mille ioni di gadolinio dentro un

bersaglio tumorale nel tentativo di aumentare la difinizione dell’im-magine del cancro da osservare. Alcune strade della sperimentazione

chimica conducono allo sviluppo di questi agenti. Operando su un

principio che incrementa il numero di ioni di gadolinio, caricato den-tro una nano particella dovrà migliorare l’immagine della risonanzamagnetica (RM) che porterà ad anticipare il rilievo dei tumori più

piccoli. I ricercatori con successo rivestono nano particelle fatte digadolinio ossido con un rivestimento di destano, un naturale car-

boidrato. Il rivestimento di destano preserva il gadolinio da reazionichimiche con l’acqua, un processo che normalmente può accadere

facilmente. I rivestimenti migliorano anche le superfici che sonole parti su cui viene legato l’agente terapeutico. Le nano particelleconsentono la visualizzazione dell’agente che viene consegnato an-che dentro il cervello. Tra il cervello e il corpo c’è una frontiera cheinsiste su una dura e spessa disposizione di cellule conosciuta comela barriera ematoencefalica, che protegge il cervello da infezionie dall’esposizione a potenziali danni molecolari. Sfortunatamente,la barriera ematoencefalica blocca l’entrata nel cervello di molti

medicinali anticancro. Questa difficoltà sprona i ricercatori ad in-


Fig. 18: Nano particelle che sono usate come monitor



85

dividuare metodi per aggirare o violare la barriera ematoencefalicasenza danneggiarla.

Le nano particelle hanno un diametro di 26 nano metri e le loro proprietà magnetiche ne fanno un buon agente di contrasto nell’uso

di strumenti come l’IRM.

Un gruppo di ricercatori ha impiegato le nano particelle per vi-sualizzare la consegna di medicinali nel cervello. Nelle figure, vienevisualizzato come un liposomo attaccato con il gadolinio, rende conto,con immagini dettagliate di risonanza magnetiche, del movimento deimedicinali. Usando immagini di risonanza magnetica in tempo reale,tra i 10 e i 20 minuti che seguono l’iniezione, la ricerca traccia ladistribuzione del gadolinio contenente liposomi che sono indirizzatiin una regione obiettivo del cervello.

La ricerca dimostra che l’IMR (Immagini risonanza magnetica)


Fig. 19: Immagine in tempo reale da RM rappresenta nano particelle di

gadolinio .



86

è accurata per determinare la distribuzione dei tessuti. Basata sulrisultato di un loro esperimento su forme umane, i ricercatori hanno

determinano che le tecnologie delle nano particelle combinate con

l’IRM possono prevedere nuove opportunità per trattare i tumoriumani del cervello. Lavorando in nano scala, alcuni medicinali an-ticancro possono aggirare in larghezza la barriera ematoencefalicae ricercare la posizione del tumore nel cervello, questi medicinalisono racchiusi dentro liposomi

Queste nuove tecniche possono anche ridurre la tossicità dellaterapia limite che è associata agli agenti anticancro più potenti .

Tra i differenti tipi di liposoma che sono stati creati, ci sono quelli

che contengono fino a 10.000 molecole di un medicinale anticancro


Fig. 20: Immagine di risonanza magnetica in tempo reale raffigurante le

particelle di gadolinio nel cervello.



87

CPT-11. La ricerca che effettua la sperimentazione su topi, prevede laconsegna di questo agente anticancro nei tessuti del cervello per duesettimane. L’esatta durata dell’esposizione ai medicinali dipende dalladose iniziale di liposomi e quindi dall’effettiva dose di CPT-11.

Nano particelle d’oroUn agente di contrasto si comporta come congegno che amplifica

la luce ricevuta rilanciando un segnale che viene fissato nelle imma-gini ottiche. Questo segnale di luce deve avere una frequenza precisatale da permettere l’attraversamento dei tessuti e della pelle.

Nano particelle di oro migliorano le proprietà delle immagini per la terapia del cancro.Si legge spesso che le nano particelle d’orocostituiscono un grande potenziale nei trattamenti non invasivi delcancro per uccidere le cellule cancerogene e, nello studio delle im-magini, la ricerca dei piccoli tumori nascosti. Il cambiamento dellaforma di una nano sfera d’oro in un cilindro con delle nano aste, puòmigliorare la ricerca dei tumori maligni nascosti in profondità sottola pelle, come nel caso dei tumori alla mammella e con le tecnichedi detonazioni utilizzando un raggio laser con potenze dimezzate,

rimuovere il tumore senza danneggiare le cellule sane.Le nano particelle rivestite d’oro come un anticorpo si legano

alle cellule tumorali. Le cellule cancerogene disseminate di luce,sono molto facili da identificare e soprattutto da differenziare dallecellule non cancerogene. Le nano particelle, assorbendo la luce laser molto comodamente, tanto da richiedere energie dimezzate, causanola morte delle cellule maligne.

Molte cellule cancerogene presentano una proteina conosciutacome “ricettore del fattore di crescita epidermica” (FCER) . Questofattore attiva una cascata di reazioni che portano alla proliferazionecellulare. L’oro è un anticorpo per l’FCER da quì la definizione dianti FCER. Questi fatti determinano un bisogno reale di usare le nanoaste nei trattamenti di laser foto terapia del cancro profondo sottola pelle come il cancro alla mammella. Non è una coincidenza chealcune nano particelle hanno la forma del riso. Le nano particelle

a forma di nano riso possono essere usate anche per concentrare la




88

luce su piccole regioni di spazio. Considerando le forme, il nanoriso è simile ad un nano guscio; le particelle sferiche che sono stateinventate nel 1998, sono correntemente applicate nella realizzazionedi immagini molecolari, per il trattamento del cancro, le diagnosi

mediche e per la costruzione di sensori chimici. Sia il nano riso chele nano sfere prevedono un cuore non conduttivo che è coperto dauna struttura metallica.


Fig. 21: Immagini di cellule cancerogene illuminate da nano particelle di

oro legate ad un anticancro-FCER.



89

NANO BIOLOGIA

I sistemi principali su cui si focalizza la nano biologia è l’utilizzodi proteine in combinazioni con materiali inorganici per creare nuovi

stumenti e l’impiego di nuove proprietà e capacità. Le linee guida per capire ed esplorare la natura dei sistemi delle nano scale e dei processi biologici sono:

-sviluppo e miglioramento della separazione chimica, usandomateriali nano porosi;

-ingegneria combinata e auto assemblaggio di componentiusando strumenti rapportati da sensori a foto catalisi per scinderel’acqua;

-valutazioni delle proprietà di sistemi nano biologici alcuni comeenzimi, altre come proteine e processi bio chimici per comprendere i

processi fondamentali della vita, lo sviluppo e l’uso di prodotti per queste tecnologie.

Ciò che rende la vita possibile sono le proteine che sono stateimpiegate in natura per milioni di anni, incluse le incedibili e com-

plesse strutture in nano scale a livello cellulare. L’armatura di scale

molecolari, ioni porosi, pompe, rivestimenti, livelli chimici compostida proteine primarie, sono tutte presenti in natura. Le proteine provve-dono con grande abilità alla catalisi, con i tradizionali tipi di catalisiinorganiche e le semplici condizioni di reazioni di enzimi richiestimediante complesse strutture di ingegneria, quali sono i reattori ca-talitici. Le ricerche condotte nei laboratori di tutto il mondo, portanoa raggiungere l’obiettivo, quello dello sviluppo delle capacità di co-

struire nano materiali enzimatici e nano strumenti che imitano reazioniFig. 22: Nano riso co-

struito con ematite non

conduttiva ricoperta

con oro. Le grandezze

di queste nano parti-

celle sono 20 volte più

piccole delle cellule del

sangue.



90

biologiche. Gli studi condotti sono interessanti e legati a combinazionidi enzimi e materiali nano porosi nel reattore biologico. La strada cheoggi si segue è analizzare le strutture d’individuali delle bio molecoleusando varie tecniche spettroscopiche che rappresentano le migliori

analisi per comprendere le proprietà e le funzioni a livello cellulare.Le nano tecnologie creano materiali con strutture a grandezzanelle scale nano metriche. Le catalisi di proteine e d’enzimi hanno

precisi controlli sotto specifiche reazioni chimiche. Molti enzimilavorano sull’abbassamento della barriera energetica per reazionispecifiche che chiaramente dipendono dalla temperatura e dalla pres-sione ambientale. Le tecnologie che ricombinano il DNA consentonola produzione di nuove proteine con proprietà non presenti in natura.Il principale inconveniente con gli enzimi è la loro fragilità. L’uso dimateriali in nano scale può essere combinato con gli enzimi stessi

per migliorarne la vita, serve inoltre a creare alte concentrazionilocalizzate di proteine e ridurne i costi in basse riproduzioni. Glienzimi sono conosciuti ed impiegati per catalizzare più di 5000 di-verse reazioni chimiche. Le possibilità nell’uso di enzimi è grande,mentre le reazioni sono limitate. Le reazioni possono essere anche

reversibili e messe in sequenza. Queste reazioni complesse offrononuove possibilità per produrre energia partendo dalla decontamina-zione dei rifiuti di scarto prodotti dall’industria per creare reazionidi sintesi complicate. Le ricerche condotte cercano il miglioramentodelle reazioni enzimatiche nelle applicazioni che prevedono pro-duzioni chimiche e detossificazione chimica. Micro e nano reattorienzimatici, offrono vantaggi multipli come attività alte, incrementi

di reattività nei siti di concentrazione, basse pressioni, cadute conalti rapporti di flussi e molta efficienza nel trasferimento di massanella fase solvente nella camera di reazione. Gli enzimi sono le nanomacchine delle cellule. L’efficienza delle reazioni chimiche enzima-tiche, superano i milioni di reazioni per secondo, senza richiederesolventi inquinanti e temperature e/o pressioni elevate.




91

Il cambiamento in biologia e medicinaMentre i sistemi nano biologici lavorano, le immagini ottenute da

nano sonde che abilmente ricognizzate e processate da una miriadedi stimoli spazio temporali nelle cellule sviluppano una quantità di

conoscenze mai immaginate.Le prospettive bio mediche di diagnosi del cancro e di cure efficacialle malattia dei tessuti negli organi umani, sono più vicine grazie allenane sonde che osservono i processi fisiologici nelle nano scale.

I nuovi approcci alle malattie iniziano con le conoscenze precisedei circuiti cellulari rilevati nelle patologie attraverso le immagini di

processi di malattie nei pazienti ed esperimenti su modelli di anima-li. Grazie a queste conoscenze, terapie molecolari efficaci possonoessere sviluppati e sperimentati per richiudere i circuiti distrutti eristabilire la funzione normale delle cellule.

Il successo sul lungo termine richiede lo sviluppo di nano sondemolecolari in ragione della loro attività, della loro risoluzione e dellaloro sensibilità ambientale. Le specificità spaziali della loro chimicarichiede lo sviluppo d’algoritmi che interpretano le misurazioni intre dimensioni in tempo reale

La quantità di conoscenza, ottenuta, sarà proporzionale alle infor-mazioni che i mondi della genetica, della biochimica, della fisiologiae dell’anatomia, sapranno produrre e scambiarsi.

Informazione e teoria dei modelli saranno essenziali per costruireun sistema biologico progettato con circuiti di cellule e contatti basatisulla rete che stabilisce le funzioni integrate dell’organismo.

Un certo numero di problemi affrontati in biologia, saranno

indirizzati alla risoluzione se prestiamo attenzione direttamente allemolecole rilevanti e alle loro interazioni dinamiche, piuttosto cheraggiungerne la comprensione tramite esperimenti indiretti.

Nella bio disponibilità d’agenti sensori e medicinali, il miglio-ramento delle diagnosi e della terapia clinica, seguirà l’abilità di

prevedere il comportamento nei sistemi viventi, sia delle molecoledell’organismo che di quelle terapeutiche. Il comportamento verràosservato, sotto varie condizioni fisiologiche direttamente su gli

esseri umani svegli per rilevare gli eventi molecolari e tracciare la

Nano biologia



92

distribuzione e la cinetica delle molecole sonda, dei medicinali edegli agenti ambientali.

Sviluppi iniziali in nano tecnologie

I progressi nelle osservazioni e nelle misurazioni delle immaginie delle funzioni degli organi viventi sono dovuti alla risonanza magnetica (IRM) e alla TEP (Tomografia emissione di positroni) e alleultra sonde, sebbene nessuna di queste tecnologie generi risoluzionispaziali nano metriche. I sistemi PET e risonanza magnetica contanodi selezioni molecolari. La mancanza rilevante di tecnologie d’im-magini è nella visualizzazione dell’assemblaggio di sopra molecole

biologiche che sono grandi e disordinate per le tecniche di diffrazionie risonanza magnetica molecolare, ma comunque piccole per il mi-croscopio ottico. Esempi sono i complessi fattori di trascrizioni, ledifficili impiombature del ribosomo, le membrane al plasma inclusol’assemblaggio endocito sequenziale dei processi enzimatici.

La TEP e la MRI possono in ogni caso isolare e misurare laconcentrazione e l’indice di reazione di parti selezionate, ma per sondare i processi fisiologici nelle nano scale, la comunità scientica

delle nano tecnologie richiede risoluzioni e processi d’immaginesuperiori.


Fig. 23: Interventi di visualizzazionedi nano particelle di peptidi.



93

Capacità tecnica di microscopi ottici nelle nano tecnologieLa risoluzione di microscopi ottici convenzionali con i limiti

dipendenti dalla diffrazione della luce, restringono la capacità di son-dare le organizzazioni cellulari nello spazio temporale. Visualizzare

molecole e molecole assemblate che raggiungono attività cellularerichiede nuovi metodi con risoluzioni nano metriche. I microscopielettronici sono correntemente limitati usando campioni asciutti o

bagnati e alcuni non possono monitorare eventi dinamici in temporeale. Nuovi schemi d’immagini ottiche vengono sviluppati eliminan-do il limite della diffrazione della luce, per rappresentare in futuro lecellule viventi a risoluzioni ben al disotto di quelle micrometriche.

Microscopio a forze atomicheSviluppi maggiori mostra l’invenzione del microscopio a forze

atomiche (MFA) la cui capacità a sondare le aree strutturate delle nanoscale si realizza con la scannerizzazione della superficie d’interessemediante una punta a forma di trave che permette una risoluzionenano metrica

Il vantaggio potenziale e differente dei microscopi elettronici, è

che i campioni da analizzare non devono essere secchi, quindi que-sti apparecchi sono capaci di osservare in corpi statici e in processidinamici (limite della valutazione di scorrimento).

Susseguentemente, le molecole possono essere determinate dastudi sulle proprietà meccaniche e sul controllo delle perturbazionidelle singole molecole assemblate. L’affidabile microscopio MFA,sebbene tipicamente usato per misurare la topografia della superficie

di un oggetto, può controllare e registrare la risposta dei materialiall’applicazione di forze di carico e obiettivi in micro scale. Per esempio, il microscopio MFA è usato per visualizzare e controllarel’operazione di conficcamento di proteine in membrane e quindil’interazione della sonda con il ricettore che si attacca alla sondastessa, nonchè l’elasticità e la chimica dei campioni delle strutture

biologiche che vengono analizzate.

Nano biologia



94

Cambiamento e raccomandazioneImmagini multifunzionali in tempi brevi (1-5 anni)

Una modalità d’immagine può avere una copertura tutta spazialee tutti gli eventuali aspetti dei domini molecolari. Combinazioni di

modalità, dovranno essere necessarie per immagini e conoscenze di più eventi e processi. La correlazione di questi differenti tipi d’imma-gini, porta a costruire molecole sonda che possono essere visualizzateda modalità multiple una alla volta. L’esempio include la fusione di

proteine incorporando la bio luminescenza (Bl) e la fluorescenza (Fl).Combinazioni ottiche e microscopi ottici ed elettronici rappresenta-no una premessa del sistema tetracisteina ReAsH, nella quale una

proteina d’interesse è fusa in 6-12 amino acidi (cisteina). La ReAsHè visibile con l’insieme di cellule fisse grazie alla fluorescenza conmicroscopi elettronici che permettono una istantanea ottenendo unafigura ad alta risoluzione.

Un grande desiderio per il futuro è l’etichettatura che dovrebbecondurre l’ingegneria nella codificazione genetica. L’esigenze prio-ritaria è approdare alla creazione di sonde multi funzionali come

polimeri o nano particelle che possono riportare codifiche multiple.

Cariche sperimentali di particelle, includono semiconduttori deno-minati punti quantici che producono una brillante fluorescenza,sono nano particelle metalliche con alto coefficiente d’estinzione diluce per codificare, mediante la calorimetria e risonanza superficia-li, le dimensioni per misurare l’anisotropia. Al fine di estendere leapplicazioni, la nuova chimica è pronta a sviluppare modifiche per migliorare la bio compatibilità delle particelle e dei rivestimenti, e

migliorare le relative capacità funzionali. Nelle nuove rappresenta-zioni ottenute con la nuova generazione di spettroscopia sonda, sisegnalano i modelli nelle aree biologiche che muovono le ricercheverso conoscenze avanzate con considerevoli potenzialità.

Le sonde biologiche che si presentano con diversi diametri, nel-l’ordine dei nano metri (diametri che vengono estesi da rivestimenti

particolari), possono analizzare campioni biologici rilevandone isegnali e i gruppi funzionali multipli grazie alle relative reazioni

anche foto chimiche.




95

L’ingegneria delle nano strutture ormai da tempo crea particelledi silice polimeriche e nano particelle semiconduttori con proprietàspecifiche. Le ricerche e lo studio delle proprietà ottiche, della chimicasuperficiale e della bio compatibilità dei metalli porteranno all’uso

delle molecole sonda organiche nelle applicazioni biologiche.Gli eventi, anche simultanei, vengono rappresentate nelle immagi-ni, indipendenti dalla lunghezza delle scale e servono per distinguerele strutture multiple. Un esempio familiare è la tecnica della fluore-scenza multicolore per la classificazione delle differenti proteine emolecole tramite la valutazione dello spettro ottenuto dall’assorbi-mento o dall’emissione delle radiazioni usate nell’analisi.

Il vantaggio dei punti quantici è che grazie al loro spettro diemissione permettono la misura precisa delle grandezze delle parti-celle in tutte le nano scale. I punti quantici, possono essere eccitatida radiazioni con la luce nel vicino campo dell’ultra violetto.

La ricerca può abilitare l’introduzione di molte sonde a puntiquantici. Le ricerche sui nano cristalli colloidali hanno promosso

progressi fondamentali. Le applicazioni realistiche si sono avute, per esempio, con i materiali nani strutturati che definiscono gli ossi

artificiali. Susseguentemente, nano cristalli colloidi semiconduttorisono usati come sonde fluorescenti nella classificazioni delle cellule edelle librerie chimiche. Queste ricerche possono produrre una grandequantità di sonde come i punti quantici e colloidali nano cristalli,che usano 10 colori per visualizzare e distinguere simultaneamentele differenti classificazioni molecolari.

Un nano cristallo sintetizzato con oro è capace di distinguere due

o più specie molecolari simultaneamente. La classificazione delleassociazioni proteine-proteine restano difficili da misurare.Gli elementi nuovi di questa ricerca sono strutture a grappoli

con una grandezza di alcuni nano metri, fatte da alcune centinaia emigliaia d’atomi.

Oltre la nano grandezza, molte delle loro proprietà chimiche efisiche sono dominate dalla loro superficie e non dal loro volumedi massa. I nano cristalli possono essere sintetizzati da materiali

metallici come oro, argento o cobalto, oppure da materiali semi-

Nano biologia



96

conduttori come cadmio sulfide, cadmio selenite, cadmio tellurite,gallio arsenide, altri ancora possono essere sintetizzati da materialiisolanti come ossido di ferro e ossido di titanio.

Le differenti applicazioni biologiche da segnalare sono tre:

a) la sistemazione di nano cristalli-oligonucleici che coniugaticon molecole di supporto, sono rappresentate come singole ciocchedi DNA;

b) l’uso di nano cristalli-proteine, sono coniugate a sonde fluorescenti, servono per determinate le immagini cellulari;

c) la mobilità è basata sulla capacità dei nano cristalli di muoversinelle cellule vive.

Per completare il discorso,va segnalato come la spettrometria a bassa energia, offra la dimensione reale della possibilità di usare lecolorazioni per rendere distinguibili le differenze da misurare.

Gli sviluppi reali delle sonde molecolari seguono gli sviluppidelle strumentazioni che con particolari assetti multicolore riesconoa definire una valida modalità d’immagine capace di distinguere idiversi segnali rilevati.

Per esempio, l’immagine proveniente dalla TEP (Tomografia

emissione di positroni) usata in animali ed esseri umani, può vi-


Fig. 24: Nuove tecniche di controllo.



97

sualizzare e qualificare molti obiettivi molecolari differenti comeenzimi attivi, recettori, trasportatori, espressione di geni, sintesi emetabolismo . Alcuni di questi obiettivi possono essere individuati inalcuni giorni, ma un limite è riscontrato dalla vita breve dell’isotopo

utilizzato (mediamente tra i 20 e i 120 minuti).La strada dell’analisi temporale degli eventi rappresenta l’inizio per costruire una catalogazione fotografica di vari sistemi bio chimici,verificando come interagiscono, come sono scossi dalle medicine,come si comportano all’esposizione ambientale, la genetica, la va-lutazione delle malattie ed altri fattori.

I farmaci possono anche essere codificati per immagini e misurareil loro valore cinetico e dinamico, mentre attraversano il corpo siadegli animali che dei pazienti. Il percorrere questa strada può dra-sticamente cambiare le scoperte sui farmaci: il miglioramento delle

potenzialità dei farmaci potrà portare a sapere se il contenuto colpisceil bersaglio, come il farmaco si posiziona e agisce sul bersaglio fino avalutare in tempo reale l’effetto del farmaco sul paziente.

Bio coniugazioni e bersaglio

Cruciali sono le sonde e gli agenti di contrasto insieme al loromodo di bersagliare il sito biologico designato nell’analisi o nellacura. Nel caso estremo di sonde radioattive, le bio coniugazioniavvengono in media con nano cristalli, oppure con attacchi oligonucleotidi e altre molecole biologiche con colloidi silanizzati nanocristalli come ZnS.

Esprimiamo il desiderio che si amplifichi la ricerca delle bio com-

patibilità dei trasporti selettivi e localizzati dei nuovi farmaci nei varilivelli dell’organismo umano. Il trasporto può avvenire, come abbiamovisto, attraverso sonde molecolari e agenti di contrasto che sono com-

plesse entità molecolari e che arrivano nel citoplasma o nei nuclei dellecellule. Molti di questi processi rimangono ancora in via di sviluppo,come quelli dei peptidi. Molti ormoni, neurotrasmettitori, citochine efattori di crescita sono infatti peptidi ottenuti in quantità considerevoli,grazie allo sviluppo delle tecniche di sintesi automatizzate.

Obiettivi specifici sono proteine e arganelle, generalmente pensati

Nano biologia



98

come sonda e agenti di contrasto per le loro proprietà spettacolari,come la fluorescenza e la bio luminescenza.

Uno esempio stringente è la proteina fluorescente verde. L’inge-gneria molecolare del PFV, ha raggiunto la massima importanza nella

costruzione di differenti cellule tipo, così come nella creazione diloro varianti, seguendo le differenti proprietà spettrali, l’incrementodella brillantezza, la relativa resistenza a variazioni del pH e la fotosensibilità.

Scienza bio medicaOggi grandi speranze economiche come previsioni di business,

interessano con grande forza le nano tecnologie: gli indirizzi strate-gici possono venire dalle informazioni tecnologiche ma la verificaarriva dall’apprezzamento del pubblico che guarda alla probabilità

di applicare le nuove tecnologie alla medicina. Il settore combina ilgrande incremento della ricerca con le grandi aspettative futuristiche per l’essere umano. Alcuni dei profondi aspetti etici e sociali, sonodilemmi emergenti che caratterizzano la scienza e le tecnologie dellenano scale. Questi aspetti dovranno risultare l’origine dello sviluppo,del successo e dei cambiamenti attesi. Questo perché molte dellemaggiori nano applicazioni sono richieste in medicina. Risulta quindicomprensibile il generale bisogno di capire le interazioni tra i nano

attrezzi e i sistemi viventi.


Fig. 25: Struttura di una membrana cellulare.



99

Consegna dei medicinali Oggi la totale varietà di medicinali vengono somministrati al corpoumano attraverso strade che sono ormai familiari ai malati: orale,iniezione ed inalazione. Le nano tecnologie promettono di svilupparsi

con tecniche molte raffinate e precise con finalità aventi l’obiettivodi seguire la strada diretta della consegna dei nuovi farmaci moleco-lari. Questo può essere la necessaria e semplice conseguenza dellasinergia allargata dei diversi ambiti della ricerca. Composti insolubili,

possono essere considerati, usati e preparati nelle forme di particellein nano scale. Composti di classi che non possono vivere attraversoil passaggio dello stomaco come i polipeptidi, stanno iniziano adessere largamente usati. Le proteine sono costituite dai monomeridetti aminoacidi. Innumerevoli combinazioni di aminoacidi formanomacromolecole chiamate polipeptidi.

Per questo, per evitare il passaggio nello stomaco, si ricorre allasomministrazione tramite inalazione o iniezione diretta.

L’uso di farmaci, in particolare gli agenti anti-cancro, possonoavere effetti collaterali ed effetti dannosi. Questi effetti indesideratisaranno minimizzati se l’agente riuscirà a fare una consegna selettiva

annullando l’effetto del farmaco in altre parti del corpo.La finalità maggiore è di padroneggiare i geni in terapie combinate

che agiscono sulle delicate molecole di DNA, con il raggiungimento preciso dell’obiettivo individuato nelle cellule.

Uno step fondamentale nella ricerca è la protezione della molecola

Nano biologia

Fig. 26: Nano rappresentazione di particelle.



100

che viene a trovarsi, con la somministrazione, in un ambiente ostile.Questa protezione si realizza con lo studio di rivestimenti protettivi

paticolari. Un approccio a questa richiesta viene dalla NST (NanoScience and Technology) attraverso l’uso di nano strutture soffici,

conosciute come liposomi e vescicole. Queste sono chiusure sinteti-che fatte da auto assemblaggio di strati che avvolgono le molecole.I liposomi si ottengono dal trattamento ultrasonico di una soluzionefosfolipide, soluzione che è relativamente fragile. Il fosfolipide èuna molecola composta da una regione lipidica (insolubile in acquae solubile in solventi organici) e da un residuo di acido ortofosforico(gruppo fosfato). I fosfolipidi sono presenti nelle membrane cellularidegli animali. Questi liposomi sono usati nelle formulazioni di prodottiad alto valore cosmetico.

Vari sviluppi interessano strutture più fluide e un miscuglio usato per la farmaceutica. Innanzitutto se le catene di polimeri solubili inacqua sono incorporate nelle strutture, esse possono gradualmenteridurre l’interazione che i liposomi hanno con l’ambiente. Nel campomedico, questo è un mezzo che serve per fare circolare il medicinalelungo il flusso sanguineo.

Queste strutture sono state definite “liposomi invisibili” e sonotecnologie farmaceutiche che sono già state commercializzate. Alcuniliposomi sono particolarmente fragili, ma essi possono essere resi

più robusti con l’uso di polimeri ampifilici (copolimeri bloccati) e da particolari legami chimici dei loro elementi che vanno a formareforme a lenzuolo in due dimensioni. L’idea è fare un veicolo di con-segna robusto, che poi, con varie strategie, rilasci il suo contenuto

nel corpo.Una strategia moderna prevede un virus introdotto in alcunimateriali genetici, quale entità rilasciata dentro le cellule bersaglio.Correntemente la terapia del gene sviluppata con l’impiego di virus,introduce i materiali genetici necessari direttamnte dentro le cellule.

L’ingegneria dei tessuti Il limite chiaro del trapianto d’organi è che non ci sono sufficienti

donatori. Anche il rigetto del sistema immunitario ospite è un proble-




101

ma molto severo. La soluzione potrebbe arrivare crcando la produzio-ne di nuovi organi direttamente dalle cellule provenienti dall’ospite.Come è affermato anche nel DNA, tutte le cellule in un corpo nonhanno lo stesso progetto genetico. Le cellule sono organismi sociali

ed esse sono i sistemi migliori per essere programmati ad aumentarela loro riproduzione dentro pelle, osso, fegato e altri organi secondole necessità.

L’ingegneria dei tessuti è attenta, prende seriamente questo problema e determina una struttura come impalcatura per le cellule,quindi definisce la struttura che è richiesta per produrre l’organo inquestione. La definizione di un polimero, compatibile e naturale,determina il disegno nelle micro scale o nano scale e la superficie datrattare in tempo, in modo da programmare la cellula per ottenere larisposta desiderata.

La richiesta di costruire organi, arti e fegati, è ancora completa-mente in ritardo, l’ingegneria dei tessuti di pelle per innesto, invece,è bene avanzata ed essa è correntemente usata nella pratica clinica.

Il nano laboratorio

La chimica classica e la bio chimica, implementano le lorooperazioni su grandi dimensioni: se queste scale dovessero essereminiaturizzate, queste incrementerebbero la sensibilità delle analisichimiche e la tranquillità con la quale esse potrebbero essere au-tomatizzate. Un nano laboratorio dovrebbe combinare comunquemolte operazioni: manipolazione di chimica con detenzioni sensitivee interfaccia diretta con un computer per automatizzare il controllo

e l’analisi dei risultati. La manipolazione di liquidi su alcune piccolescale raggiunge interessanti problemi nuovi. Molti nano canali e rea-zioni in reattori, possono essere create da alcune stratificazioni sullesuperfici di vetro o silicio. A queste piccole scale, il movimento deifluidi che scorrono nelle misture, è dominato dalla viscosità. Questa

proprietà fondamentale porta non poche difficoltà il cui superamentosono al centro degli sviluppi nel campo dei micro fluidi.

L’elettroforesi può essere usata per far muovere i fluidi applicando

campi elettrici: per esempio, i colloidi rispondendo al loro ambiente,

Nano biologia



102

attraverso dilatazioni e rimpicciolimenti, possono essere usati per costruire valvole a coltello.

Con un micro ordinamento, si può intervenire sul DNA, bersa-gliando contemporaneamente una grande varietà di molecole. Con

questa tecnologia, mille punti di differenti sezioni di DNA (alcunicorrispondono ad un singolo gene) sono ordinati e stampati su unasuperficie. Il gene sonda viene attratto dal marcatore previsto dandoil via all’individuazione precisa del dato analizzato.

Queste analisi permettono di estrarre, dal gruppo sotto studio, ilmessaggero RNA dalle cellule (detto mRNA e che contiene l’informa-

zione per la sintesi delle proteine corrispondente a ciascun gene). La parte di sezione del DNA corrispondente a questo mRNA, può esserefabbricata, catalogata con etichette fluorescenti e quindi lavorate inun micro processo.

Queste tecnologie illustrate, in combinazioni auto assemblante condetenzioni fluorescenti di superfici associate a molecole, diventanodeterminanti in funzione dell’alta asensibilità richiesta. Esse indaganonelle piccole dimensioni con alta sensibilità (sotto le singole molecole) attraverso segnali fluorescenti. I processi automatici e le misurazioni

di scale in processi chimici sono stati tremendamente potenziati ehanno interessato alcune sequenze del genoma umano.

Facciamo rilevare come le sequenze del DNA sono ancora ri-cercate e lavorate intensamente. La seducente visione delle nanotecnologie diventa la condizione principale per prendere “possesso” di una singola molecola di DNA è leggerne le relative sequenze. In-fatti, questa visione non è pienamente portata avanti, ma si possono

certamente manipolare singole molecole di DNA usando tecnichecome il microscopio con forza atomica e il raggio laser.Un metodo alternativo per isolare e selezionare il DNA, prevede

di infilare e spingere le molecole attraverso un foro di una membrana.La verifica è attuata su alcuni metodi fisici di lettura delle sequenze delDNA e queste possono solo essere sviluppati nel prossimo futuro.

In ogni caso quello che la scienza chiede alla tecnologia è l’in-cremento della velocità e della manegevolezza nel trattamento delle

singole molecole di DNA. Queste conquiste tecnologiche dovrebbero




103

accelerare i progressi della biologia molecolare che servono ad aprirei nuovi cambiamenti e le nuove opportunità in medicina.

Medicina e salute

Il progresso della medicina dato dalle applicazione delle nanoscienze è una dei più potenziali e valutabili, in termini di benefici proiettati sull’umanità. Cellule che sono molto complesse ed efficientinano macchine, in chimica e bio chimica, sono state prodotte sullenano scale per diverso tempo usandole come nano etichette. Alcunearee di nano scienza aiutano a imparare dalla biologia dei nano sistemi,mentre altre sono incentrate sulla integrazione delle nano scale orga-niche ed inorganiche. Molte applicazioni possibili che emergono daqueste scienze sono ancora oggetto di studio o di progetti di studio.

Il primo campo è l’implantologia protesica. Quindi l’avventodi nuovi materiali e le sinergie di nano tecnologie e bio tecnologie,dovrebbero creare organi artificiali e impianti che sono molto viciniall’originali, attraverso cellule riprodotte su impalcature artificialio bio rivestimenti sintetici che incrementano la bio compatibilità eriducono il rigetto. Tra questi si includono la ricostruzione o costru-

zione della retina, gli impianti neurali, la riparazione delle cellulenervose danneggiate, la riparazione dei danni della pelle, dei tessutie degli ossi.

La seconda area è la diagnostica. Quindi MEMS, la tecnologiadei laboratori per effettuare diagnosi con richieste dei campioni èinizialmente sviluppata in congiunzione con micro fluidi. Nel mediotermine, la diagnostica dovrà significare, chiaramente a richiesta, il

monitoraggio continuo della salute generale delle persone con l’av-vincente obiettivo di segnalare sul nascere ogni tipo di segnale di patalogia in embrione a livello molecolare.

Lo sviluppo dello studio del genoma e le nano tecnologie sono pronti a mettere in azione sensori che possono determinare con precisione le mappe genetiche incrociando le conoscenze geneticherelative alle malattie.

La finalità è sviluppare farmaci in funzione dello sviluppo delle

nano tecnologie. Con le nano particelle è possibile che i farmaci

Nano biologia



104

possono ricevere una migliore solubilità, raggiugendo un miglioreassorbimento. I farmaci possono essere contenuti in una molecola

portante che realizza la protezione all’acido dello stomaco e il rilasciocontrollato del medicinale su un’area specifica, riducendo la probabi-

lità dei grandi effetti collaterali e l’uso dei farmaci protettori.Gli studi si indirizzano alla preparazione e caratterizzazione dimicro o nanoparticelle adattate alla via di somministrazione prescel-ta che, mantenendo stabilità farmaceutica ed attività biologica dellemolecole inglobate, consentiranno un migliore assorbimento o undirezionamento “intelligente”. I passi successivi prevedono lo studiodel rilascio e direzionamento dei farmaci dai vettori, per controllarela quantità e la velocità con cui si rendono disponibili per l’assor-

bimento e per conoscere l’interazione con i substrati biologici. Lafase di veicolazione e di rilascio modulare deve avvenire attraversoun monitoraggio in real-time dei livelli di variazioni bio chimicheattraverso il sangue. Per esempio il rilascio modulare dell’insulina inun malato diabetico dovrà avvenire automaticamente come rispostaai segnali del monitoraggio.

Cosmetica e ciboLe società di cosmetica sono estremamente attive nell’uso di

nano tecnologie per migliorare i loro prodotti in commercio e per lo sviluppo delle novità che il mercato ricerca continuamente. Lafamosa società l’Oreal ha moltissime nano patenti, più di tante altreche operano nel settore (passare attraverso cose nuove questa è in

parte una materia ampiamente etichettata). Le compagnie cosmetichesono le prime a lanciare sul mercato prodotti nano etichettati comelava capelli e creme per la pelle che contengono nano particelle chehanno l’abilità di consegnare l’ingrediente desiderato.

I nano materiali, in particolari l’ossido di zinco, hanno un impiegocrescente nella formulazione di prodotti ampiamente pubblicizzati dalmarketing, come agli antisolari, le polveri per i piedi, i deodoranti/antidisperdenti con odori, le soluzioni per la protezione orale, per la

depilazione e quelli per radersi.




105

I nano materiali di ossido di zinco sono impiegati nella formula-zioni di antisolari ad ampio spettro che applicato sul tessuto chiaro,

possono bloccare l’azione del sole e proteggere la pelle umana elimi-nando l’effetto inutile e dannoso dei raggi U.V. del sole. Ora sapete

cosa contiene quella crema attaccaticcia crema bianca che usate almare. Normalmente i nano materiali come l’ossido di zinco sono ritenuti

dal Federal Drug Administration (FDA) non tossici, quindi approvati per l’uso come un ingrediente attivo in prodotti che sono utilizzati per la cura della persona. Oltre ad un’azione protettiva ai raggi U.V. inano materiali a base d’ossido di zinco hanno proprietà antibatterichee funzionalità di anti odore sulla pelle umana. L’ossido di zinco è ri-conosciuto come anti microbiotico e prodotto anti assorbente ed ecco

perchè viene largamente impiegato in creme e spray dalle società cheossessivamente ci bombardano con i loro messaggi fondati sul cre-scente ed indotto bisogno del consumatore di bellezza e di salute.

Il mercato dei deodoranti e degli anti traspiranti chiede prodottinon irritanti. Le proprietà anti irritanti sono un beneficio addizionaleche viene richiesto insieme alle caratteristiche di combattere gli odori

e i batteri. L’incorporazione di materiali della famiglia dei nano ossididi zinco in dopo barba e prodotti depilatori offrono ottime proprietàanti irritanti senza sacrificare la qualità del prodotto. Anche in alcuni

prodotti destinati all’uso orale le proprietà anti microbiotiche e antiirritanti non devono sacrificare altre caratteristiche come il colore, latixotropia e la tessitura. Paste dentali, creme e prodotti per l’igiene

personale, oltre alla funzione di pulizia, grazie alle nano tecnologie

assicurano funzionalità specifiche che ne innalzano il valore.A questi prodotti e ai farmaci si aggiungono i nuovi cibi che possono essere disegnati per dare nutrimenti particolari secondo idiversi profili individuali dei consumatori, con caratteristiche di gusto,tessitura, odore, sapore e freschezza determinate dalle particelle nanocomposite utilizzate.

Miglioramenti tecnologici

Dal 2020, le biotecnologie, contribuiranno alla comprensione del-

Nano biologia



106

l’esistenza degli organismi e della loro ingegneria, attraverso la copiae la manipolazione delle basi genetiche nei corpi delle piante e deglianimali, aprendo grandi opportunità ed implicazioni tecnologiche.Le ricerche dovranno portarci a creare nuove strade di conoscenza

a partire dalla vita degli organismi dotati di un sistema genomicominimo.

Profili genetici e analisi del DNAMacchine per lo studio del DNA con sistemi basati su micropro-

cessori dovranno accelerare la proliferazione di analisi genetichecapaci di migliorare le ricerche sul cibo e sui sensori biologici. Lemappe del genoma vegetale (rapportate da cibi importanti come il risoe il mais alla produzione di alcune pietanze) e animale (rapportate dabatteri cosi come E.coli attraverso gli insetti) dovranno di continuoessere decodificati e profilati. La funzione dei geni e i profili geneticidovrebbero migliorare le diagnosi ai problemi del corpo umano. Diconseguenza si può immaginare il disegno di cibi confezionati per risolvere problemi individuali e attraverso il controllo di sistemi direazioni, passare alla popolazione globale attraverso la definizione di

parametri che geneticamente individuano i gruppi etnici. Notiamo chela connessione diretta tra geni e funzione è generalmente accettato, maaltri fattori alcuni come l’ambiente e i fenomeni tipici giocano un ruoloimportante. La terapia del gene deve continuare ed essere sviluppata,altrimenti essa non sarà matura nel 2020. I profili genetici dovrebberoavere effetti indicativi sulla sicurezza, sulla politica e le relative leggi.L’identificazione del DNA può essere complementata con le tecnolo-

gie bio metriche per garantire l’accesso ai sistemi di sicurezza e allaidentificazione dei criminali e attraverso il DNA, incluse le scene deicrimini. Alcune ingegnerie genetiche, i bio sensori, possono aiutare itrattamenti deterrenti della guerra chimica batteriologica, i migliora-menti del cibo, le analisi di test dell’acqua, il monitoraggio continuodella vita umana e i laboratori innovativi di analisi mediche. Alcuni

problemi possono nascere da difficoltà tecniche nella decodifica disegmenti di codici genoma e nel capire l’implicazione del codice

genetico stesso. Alcune tecnologie correnti possono decodificare le




107

sequenze del codice, anche se degli errori possono ancora essere re-gistati. La proteomica è lo studio delle proteine in funzione del geneed entra sicuramente nell’insieme della ricerca innovativa. Il correnteottimismo di un alto numero di tecnici preannuncia che la genetica e

le biotecnologie avranno un ulteriore progresso dal 2020 in poi graziead investimenti ciclici che vanno pianificati nei prossimi anni.

ClonazioneLe produzioni genetiche artificiali attraverso la clonazione di

organismi sono sicuramente indicative per l’ingegneria delle cultureagricole e degli allevamenti di bestiame. La clonazione consiste nelriprodurre organismi identici. Le ricerche dovranno continuare sullaclonazione umana, anche se solo di alcune sue parti, con possibilisuccessi dal 2020 in poi; l’etica e concetto della vita dovrà essere illimite che servirà a regolare questa branca della scienza. Clonare,(specialmente la clonazione umana) ha sempre generato controversie,anche feroci, in tutto il mondo soprattutto per gli aspetti morali, per gli errori/orrori potenziali e per le deficienze mediche dei cloni, no-nostante resti immutato uno degli obiettivi più condivisi cioè quello

eugenetico (che contribuisce al miglioramento genetico).Maggiore attenzione alla clonazione umana sarà possibile dopo

2020, ma le restrizioni legali e l’opinione pubblica potranno limitare lasua espansione. Gli scenari sociali prevedono che la clonazione umana

potrà avvenire in paesi a noi lontani, vedi l’esempio del programmadi clonazione annunciato da Clonaid, una controversa azienda di bio-tecnologie che ha aperto sedi anche nella Corea del Sud. Pensiamo

che in futuro la clonazione potrà, su problematiche di larga scala,intervenire come strumento capace di eliminare le anormalità fisiche presenti nella vita umana.

Organismi modificati geneticamenteOltre alla comprensione e al catalogo dei codici genetici e alla clo-

nazione di copie esatte d’organismi e microrganismi, i bio tecnologisti possono anche manipolare il codice genetico di piante ed animali, e

probabilmente continueranno gli sforzi di progettare e costruire for-

Nano biologia



108

me di vita con proprietà positive amplificate. Tecniche tradizionali per la manipolazione genetica (come l’incrocio d’impollinazioni, procreazione selettiva e irradiazione) saranno probabilmente ripreseed estese con l’inserzione diretta, la cancellazione e la modificazione

dei geni attraverso tecniche di laboratorio. Gli obiettivi includonoraccolti di cibo, produzione di piante, insetti e animali. Le proprietàdesiderate potrebbero essere geneticamente impartite per ottenerecibi che presentano miglioramenti del gusto oppure carni ultra-magre

prive di grassi cattivi, sali ed elementi chimici dannosi. L’aumentodella resistenza alle malattie si accompagna, in questi alimenti, conl’aspetto nutrivivo per il recupero fisiologico-funzionale in situazionicompromesse da stati carenziali o da patologie di larga diffusione(cibo nutraceutico).

Gli Organismi Geneticamente Modificati (OGM) possono po-tenzialmente essere costruiti migliorando la loro robustezza fisica,estendendo il campo e la piattaforma della loro vita, (pomodori erbi-cidi tolleranti, a crescita veloce o che riescono a crescere in ambientiimproduttivi con suoli ad alta salinità, con poca acqua o in climi

freddi) . La resistenza sistematica alle malattie che come per il mais è

già stata dimostrata, produce raccolti di straordinaria ricchezza. Pari-menti gli organismi possono essere progettati per produrre e generaremedicinali per il controllo specifico delle malattie umane.

Le ghiandole mammarie potrebbero essere programmate per pro-durre composti organici farmaceutici e terapeutici. Se accettati dalla

popolazione, tali miglioramenti della produzione e dei meccanismi diconsegna potrebbero estendere la disponibilità complessiva di questi

elementi terapeutici e ricorrere alla facile somministrazione orale per il loro impiego. In aggiunta la produzione di cibo e piante, potrebbeessere progettata per migliorare la crescita, cambiare la propria costitu-zione e artificialmente produrre nuovi prodotti. Gli alberi, per esempio,saranno probabilmente progettati per ottimizzare la loro crescita eadattare le loro strutture per applicazioni particolari come la produ-zione di legname, legno celluloso per carta o per carbone isolato checon il principio delle bio masse consentono la produzione di energia

(per ridurre il surriscaldamento globale del pianeta) e così ridurre lo




109

spreco dei sottoprodotti. Le piante potrebbero essere progettate per produrre bio polimeri (plastiche) da usare per applicazioni con bassoinquinamento e senza intaccare l’uso eccessivo delle riserve di oliocombustibile o fossile. Le piante di bio carburanti potrebbero essere

isolate, per minimizzare l’inquinamento dei componenti, mentre si producono additivi necessari contro l’usura delle parti meccanichein movimento. La progettazione genetica di microrganismi è statalungamente usata ed accettata: per esempio l’E.Coli che è stato usato

per la produzione di massa dell’insulina. La progettazione di proprietà batteriche nelle piante e negli animali per resistere alle malattie, probabilmente sarà utilizzata anche in futuro. Altre manipolazioni animali potrebbero includere modificazioni d’insetti (etichettati OGM), im- partendo comportamenti desiderati per prevenire e controllare alcuniflagelli; in ambienti particolari, questi insetti modificati potrebberomigliorare l’agricoltura e il controllo delle malattie.

La ricerca sulle modificazioni dei geni umani è già iniziata datempo e probabilmente continuerà a cercare soluzioni nelle basi ge-netiche delle malattie. Nonostante i rallentamenti dovuti alle recentidifficoltà, la ricerca della terapia genetica probabilmente continuerà

a studiare i meccanismi utili che indirizzati alle deficienze genetichee modulando quei processi fisici fondamentali come la produzionedi proteine benefiche, riusciranno a contrastare la crescita delleradici che danno vita al cancro. Nuove scoperte nei profili genetici

potrebbero migliorare la nostra comprensione e la relativa selezionedelle tecniche terapeutiche a tutto vantaggio della nostra salute. Icontrolli approfonditi sono necessari sulle probabili modificazioni

umane (cloni-basati su modificazioni eugenetiche) per intenzioni chenon interessano la cura delle malattie. È possibile, comunque, che latecnologia sia in grado di effettuare modificazioni genetiche anchesulle malattie ereditarie (es., anemia cellulare). La tecnologia OGMè largamente studiata nella comunità scientifica che ricorre anche

pratiche di “Knock-out” sugli animali. Questi animali che presen-tano una sequenza selezionata di DNA rimossa dal loro menoma,daranno agli scienziati un altro strumento per studiare gli effetti della

rimozione delle sequenze insieme alla comparazione ed interazione

Nano biologia



110

delle funzioni con l’intero sistema vivente completo sia per organismisemplici e sia per quelli complessi.

Problemi e implicazioni

Sebbene molti organismi sono stati decifrati e molte implicazio-ni funzionali dei geni sono state scoperte, preoccupazioni circa la proprietà e i diritti della vita per la sequenza genica probabilmentecontinueranno ad esistere. L’abilità a profilare il DNA di un individuogià solleva preoccupazioni circa la vita privata e l’eccessivo monito-raggio. Esempi includono le segnature del Dna per l’uso in investi-gazioni criminali e il potenziale uso nelle predisposizioni genetichesu cui si basa lo stato di salute dell’individuo. Questi aspetti sonoun deterrente per le compagnie assicurative e per i datori di lavoro acoprire i rischi sul lavoro ed un incentivo forte a discriminare la manod’opera. Il problema che sorge, sicuramente anche politico, riguardal’accettabilità e l’inaccettabilità dei profili genetici delle persone per le assicurazioni e per il lavoro. L’ulteriore e preoccupante problemanasce perché il codice esatto dei meccanismi che fanno scattare pre-disposizioni alle malattie non è stato ancora ben compreso.

I lati positivi comprendono aspetti di comportamento sociale emedico che a partire dalla comprensione della predisposizione (olimitazione) di una persona per certe abilità, possono mettere in motol’educazione con programmi di recupero che aiuteranno a compensarele inclinazioni genetiche, specialmente nei primi anni di vita, quandoi loro effetti possono essere fortemente limitati se non eliminati deltutto. Gli aspetti negativi possono prevedere un uso improprio di tali

analisi per discriminare parti della popolazione (differenze etniche ecognitive) aggravando i conflitti sociali ed internazionali.I profili genetici delle piante sono stati modificati per secoli,

usando le tecniche tradizionali; i problemi riguardo alla sicurezzadei cibi geneticamente modificati hanno stimolato le preoccupazioniinternazionali nel Regno Unito ed in Europa, provocando massiccecampagne di informazione “rassicurante” che sono state commis-sionate dalle compagnie bio tecnologiche per argomentare e soste-

nere la sicurezza della tecnologia e delle sue applicazioni. Alcuni




111

hanno sostenuto che la progettazione genetica è attualmente sicura edeterminante nelle tecniche combinatorie tradizionali, riguardo allafunzione dell’inserimento delle sequenze genetiche. I governi hannoforzato la soluzione ai problemi di preoccupazione, puntando sugli

sforzi informativi, proponendo la tracciabilità del cibo e animando ladiscussione internazionale del commercio fra Stati Uniti ed Europasull’importazione d’OGM e delle loro semenze. Le modificazionigenetiche diventando più comuni, potrebbero rendere più difficileetichettare e separare gli OGM e quindi mantenere mercati separatinell’economia complessiva. Questo dibattito inizia ad avere livellidi interesse altissimi nella popolazione di molti paesi.

Alcuni hanno collegato scopi, fini, e tattiche del movimentoanti-bio-tecnologico, con il movimento anti-nucleare. Tuttavia icosti bassi dell’ingegneria genetica potrebbero rendere impossibile

per ogni movimento o governo, controllare l’ampiezza e l’uso dellatecnologia genomica. I successi delle proteste hanno portato forti

pressioni sulle grandi compagnie, mentre le tecnologie disponibili possono comunque guidare l’ingegneria genomica, “sottoterra” equindi fuori dai controlli regolatori che aiutano ad assicurarne la

sicurezza e l’uso etico di queste tecnologie. Questo può ironicamentefacilitare la diffusione di quei problemi che il movimento anti-bio-tecnologico sta sperando di prevenire.

La clonazione e le modificazioni genetiche sollevano anche problemi di bio diversità. La standardizzazione dei raccolti e del bestiame, ha già aumentato le disponibilità di cibo come ha diminuitola vulnerabilità alle malattie che possono annientare grandi aree di

coltivazione.Le modificazioni genetiche possono aumentare la nostra abilità a progettare risposte a queste minacce, ma le perdite potrebbero ancoraessere sentite nella produzione annuale a meno che non si sviluppiun sistema di difese a largo-spettro.

In aggiunta, la sicurezza degli alimenti, la capacità di modificarei progetti degli organismi biologici e le armi biologiche, in generale,determinano la necessità di pianificare delle contromisure efficaci. La

genomica può aiutare la difesa biologica in una situazione di guerra

Nano biologia



112

(comprensione e controllo della funzione biologica, entrambe dentroe fra i germi patogeni e gli eventuali bersagli).

I progressi della genomica, perciò, cavalcano la corsa fra le mi-nacce e le contromisure. Così, sebbene la manipolazione genetica è

auspicabile insieme ai progressi della medicina, non è affatto chiarose noi saremo al sicuro nel prossimo futuro.L’efficacia degli OGM nei paesi poveri, potrebbe dipendere

dai costi per l’uso degli organismi brevettati e dalla domanda delmercato.

Consideriamo per esempio, il problema corrente legato al virusdell’immunodeficienza (HIV), lo sviluppo di farmaci e la loro dif-fusione nei paesi poveri. La brevettualità ha fornito alla ricerca gliinvestimenti ma molti paesi poveri con bisogni terribili non possonousufruire degli ultimi ritrovati e devono aspettare le donazioni dei

paesi ricchi e le scadenze dei brevetti.La globalizzazione in ogni caso, può offrire la diffusione di com-

pagnie multinazionali che investono in cibo in tutto il pianeta.Più avanti, largamente disponibile, la tecnologia genomica potreb-

be permettere ai paesi sviluppati di donare gli OGM per alleviare i

problemi nelle regioni povere, semprechè i paesi più ricchi sappianoassumere la responsabilità politica di contrastare il monopolio dellegrandi company che giustificano gli ingenti investimenti nelle bio-tecnologie con l’aspettativa economica dei mercati globali.

Terapia e sviluppo delle sostanze medicinali La genetica e le biotecnologie probabilmente continueranno a

migliorare le terapie per la prevenzione e il trattamento di malattie edelle infezioni. Nuovi approcci potrebbero bloccare le abilità pato-gene di entrare, viaggiare nel corpo, di azionare vulnerabilità con laleva patogena, di sviluppare nuove contromisure di distribuzione dimeccanismi che possano aumentare la risposta immunitaria.

Queste terapie potranno superare l’incremento di resistenza agliantibiotici a cui si assiste sempre più frequentemente, dando nuovaforma alla guerra delle infezioni. In aggiunta, queste terapie si stanno

sviluppando (squilibri chimici e modulazione della stasi chimica)




113

per indirizzare i problemi virali e batteriologici tradizionali versosoluzioni eficaci. Per esempio, sono stati sviluppati anticorpi che at-taccano la cocaina nel corpo e potrebbero essere usati per controllarela dipendenza. Tale approccio potrebbe avere effetti indicativi sulla

modificazione del mercato illegale di droga e contemporaneamentemigliorare le condizioni per chi ne fa uso.Lo sviluppo di sostanze medicinali, sarà probabilmente legata a

vari obiettivi tecnologici. La simulazione al computer combinata conla proliferazione di nuove tendenze per l’immagine delle tecnologiemolecolari (es. microscopio a forza atomica, spettrografia dellamassa, e la scansione dell’investigazione microscopica) potrebbecontinuare a migliorare la nostra capacità di disegnare molecole,con le proprietà funzionali desiderate e capaci di bersagliare ricettorispecifici anche in siti impegnativi.

Le simulazioni delle interazioni fra sostanze medicinali e il relativo bersaglio fanno aumentare utilmente la comprensione dell’efficaciae la sicurezza dei farmaci.nei sistemi biologici. Per esempio, la com-

plessa simulazione virtuale del cuore di Tennis Noble ha avuto già ilcontributo dell’U.S. Food and Drug Administration che ha approvato

delle sostanze medicinali specifiche per il cuore che aiuterà a compren-dere il meccanismo e il significato di un effetto previsto nelle provecliniche. Per una migliore comprensione di un sistema come il cuore,questo approccio può diventare un complemento dominante alle provecliniche delle sostanze medicinali dal 2020, mentre per altri sistemicomplessi (ad es. il cervello) probabilmente ci vorrà più tempo.

Costi e economieI costi per lo sviluppo delle sostanze medicinali sono attualmenteveramente alti e potrebbero essere pure insostenibili, con una mediadi approssimazione di 600 milioni di dollari per ogni medicinale

portato sul mercato. Questi sono i riferimenti che servono a guidarele industrie farmaceutiche ad investire pesantemente in tecnologieavanzate con l’obiettivo praticabile a lungo termine, combinando,insieme, lo studio dei profili genetici, lo sviluppo dei medicinali adat-

tati ai genotipi, la simulazione chimica e i programmi d’ingegneria.

Nano biologia



114

Infine la simulazione degli esperimenti potrebbe iniziare a far cam- biate lo sviluppo farmaceutico abbandonando l’ampia applicazionedell’approccio per prove ed errori che rappresenta l’ormai consuetae costosa sperimentazione diretta sull’uomo. Così, l’economia delle

industrie farmaceutiche e del benessere probabilmente cambierannosignificativamente. Dobbiamo notare che la protezione dei brevetti per le industrie farmaceutiche non è uniformemente imposta in tuttoil mondo.

Ingegneria BiomedicaGruppi multi disciplinari stanno accelerando i progressi dei pro-

dotti nell’ingegneria biomedica e delle tecnologie per i tessuti organicie artificiali nonchè per organi e materiali. Le scoperte nell’ingegneriadei tessuti e degli organi porteranno probabilmente come risultato lasostituzione nel corpo umano di parti organiche e artificiali, nonchèla rigenerazione e la riparazione continua per migliorare la salutedentro il corpo stesso.

Sono solo dieci anni che si sviluppa il campo dell’ingegneria deitessuti e ha già condotto alla commercializzazione di prodotti per il

trattamento di diverse ferite.La crescita della cartilagine per la riparazione e la sostituzione

è allo stadio degli esperimenti clinici e i trattamenti delle malattiecardiache per via della crescita funzionale dei tessuti, dal 2020 saràun obiettivo realisticamente realizzato. Le conquiste scientifichedipenderanno dal superamento della bio compatibilità (o bio assor-

bibilità) dell’impalcatura dei materiali e lo sviluppo della tecnologia

3D per i tessuti vascolarizzati e multi cellulari con un miglioramentodella comprensione del processo per la crescita in vivo dei materialicellulari su tale impalcatura.

Le ricerche e le applicazioni sulle cellule staminali continuerannoad espandersi, per ottenere da queste cellule umane non specializzatela possibilità di sostituire quelle malate o morte di organi come ilcervello, il cuore, il fegato o i polmoni.

La maggioranza delle cellule staminali non specializzate si tro-

vano nei primi stadi embrionali dei tessuti fetali. A tutti è noto il




115

dibattito etico che riguarda l’uso delle cellule staminali per la ricercae la terapia. Possibilità, quali l’uso di cellule staminali umane adulte,oppure cellule staminali d’allevamento produrranno una sostituzionesu larga scala che rimuoverà ogni problema etico legato all’embrione

umano.L’attuale dibattito ha limitato l’assegnazione di fondi da parte delgoverno americano per le ricerche sulle cellule staminali, ma il poten-ziale scientifico ha attratto sostanzialmente i fondi da parte dei privati.Gli Xeno trapianti (di parti del corpo da una specie all’altra) potrebbeessere migliorata, aiutando i tentativi di modificare geneticamentegli anticorpi degli organi e dei tessuti del donatore, complementi e

proteine che regolano la riduzione e l’eliminazione del rigetto.Babbuini o maiali, per esempio, possono essere geneticamente

modificati e clonati per produrre organi per i trapianti umani, sebbe-ne successi su larga scala potrebbero non avverarsi prima del 2020.Grandi perplessità vengono anche dal fatto che gli xeno trapianti

potrebbero portare a malattie provocate dai retro virus di provenienzaanimale.Anche problemi etici e morali come la difficoltà di brevetto,

potrebbero anche comportare la regolamentazione e la limitazione

degli xeno trapianti.

Bionica, materiali e organi artificiali In aggiunta alle strutture organiche, i progressi nell’ingegneria

artificiale dei tessuti per organi umani, continueranno. Molti materialimulti-funzionali sono stati sviluppati con proprietà e capacità parti-colarmente efficienti nelle applicazioni. Per esempio i polimeri con

un guscio idrofillico e un centro idrofobico (biomimetici di micelle) possono essere usati come portatori di terapia genetica e immobiliz-zazione degli enzimi. Un nuovo sostituto osseo (materiale compositoiniettabile) è costituito da una da una fase ceramica reattiva (a base dia-Tricalciofosfato) in polvere, ed una fase organica costituita da una

polimero idrofillico. La stabilizzazione sterile dei polimeri potrebbeanche essere usata per la consegna di varie sostanze medicinali. Altrimateriali sono studiati per diverse applicazioni bio-mediche. Per

esempio i colloidi “fluorinati” che grazie all’alta elettro negatività

Nano biologia



116

della fluorite riescono ad aumentare in vivo il trasporto di ossigeno(arricchimento del sangue trasfuso durante gli interventi chirurgici).Idrogeli con gonfiamento controllato sono stati sviluppati come sago-me per la crescita di materiali nell’ingegneria dei tessuti. Ceramiche

quali il vetro bioattivo calcio-fosfate-silica (gel-vetro) e in gene-rale, il calcio fosfato possono servire come sagome per la crescitadell’osso e la relativa rigenerazione. I polimeri bio attivi (es. poli

peptidi) possono essere applicati come reti, spugne, schiume, idrogel che stimolano la crescita dei tessuti. I rivestimenti e i trattamentidi superficie sono stati sviluppati per aumentare la bio compatibili-tà dei materiali trapiantati (per es. per la riduzione della trombosinella produzione di sangue artificiale, vincere la mancanza nei vasidi cellule endoteliali ). I sostituti del sangue migliorare la sicurezzadelle infezioni nate nel sangue. Nuove tecniche di fabbricazioni enuove informazioni tecnologiche rendono possibile la produzione distrutture bio mediche innovative. Trapianti di retina, le “cocleare”,le riparazione di nervi spinali danneggiati e le comunicazioni prodotteda stimolazioni e connessioni artificiali, potrebbero limitare e ancheeliminare molte cause di cecità e sordità con comprensibili effetti

positivi per la socializzazione delle persone affette da queste gravimenomazioni sensoriali.

Bioimitazione e biologia applicataRecenti tecniche come le immagini del funzionamento del cervelloe il knock-out degli animali stanno rivoluzionando i nostri sforzi dicomprensione dell’intelligenza e delle capacità umane. Questi sforzi

potrebbero dal 2020, amplificare la nostra comprensione di fenome-ni come i falsi ricordi, l’attenzione, il riconoscimento e i processid’informazione, con implicazioni nella progettazione dell’interfac-cia artificiale di sistemi robot autonomi con elevate funzioni di autoapprendimento.

L’ingegneria neuromorfica ha già prodotto nuovi controlli basatisu algoritmi complessi, che interfacciano sistemi di visione in robot

bio imitatori. La bio robotica diventa la frontiera realistica più estrema

della ricerca che porta alla costruzione di nuovi essere viventi spe-




117

cializzati che popoleranno il nostro futuro. Già da tempo sono statiimmaginati in romanzi e film di fantascienza ma solo dal 2020 in poila teroria e la sperimentazione porteranno i primi prototipi di robotauto sufficienti e assemblati con parti biologicamente vive.

Diagnostica per chirurgia e biotecnologiaGli avanzamenti delle bio-tecnologie e dei materiali probabilmentecontinueranno a produrre procedure rivoluzionarie e sistemi che ri-durranno significativamente il tempo del ricovero ospedaliero e deirelativi costi economici. Tempi più brevi per cure più efficaci. I nuovistrumenti e le nuove tecniche chirurgiche, i nuovi materiali e le proget-tazioni di supporti per vesciche e tessuti probabilmente continuerannoa ridurre la chirurgia invasiva e offriranno nuove soluzioni ai problemimedici. Tecniche come l’angio plastica potrebbe continuare ad elimi-nare intere classi di interventi, altre tecniche potrebbero promuoverela rigenerazione e quindi la guarigione dei tessuti del cuore.

I miglioramenti nella chirurgia laser, potrebbero raffinare e mi-gliorare le capacità umane (chirurgia degli occhi per sostituire gliocchiali) specialmente quando i costi si riducono e l’esperienza si dif-

fonde. Le tecniche con immagini ibride probabilmente migliorerannola diagnosi, guideranno la chirurgia umana e robotica, aiuteranno lacomprensione base del corpo e la funzione del cervello. Finalmente,le informazioni tecnologiche condivise e collaborate (telemedicina)

probabilmente estenderanno le cure mediche specializzate in areesempre più remote e aiuteranno la diffusione complessiva (globale)della qualità medica.

Problemi e implicazioni Dal 2020 si potrebbero vedere, efficacia localizzata, bersagliata

e, controllo della consegna dei medicinali insieme a trapianti senzarigetto di materiali artificiali per pelle, ossa, muscolo cardiaco eanche tessuti nervosi. Problemi sociali, politici ed etici preceden-temente discussi accompagneranno questi sviluppi. Le applicazionidella bio medicina (combinati con altri miglioramenti della salute)

stanno già aumentando la lunghezza media della vita umana in

Nano biologia



118

molti paesi avanzati. Nuovi avanzamenti, in ogni caso, potrebberomigliorare non solo le attese di vita, ma la produttività e l’utilitàdegli individui nella loro terza età. Molte tecniche mediche costosee specializzate sono probabilmente un beneficio iniziale per i citta-

dini ma solo la diffusione di massa potrà avere ricadute importantisull’intera società. In ogni caso l’accesso alla tecnologia, problemaanche culturale, potrebbe grandemente mediare questo meccanismodispersivo e potrebbe porre domande aggiuntive sul miglioramentodell’educazione e della conoscenza. Ai paesi che restano indietroin termini di infrastrutture tecnologiche, potrebbero mancare moltidi questi benefici. I dibattiti teologici hanno anche alzato problemicirca le definizioni di cosa costituisce un essere umano, da quandogli animali sono stati modificati per produrre organi per trapiantinegli esseri umani. Il profilo genetico potrebbe aiutare ad informarequesto dibattito, appena si raggiunge la piena comprensione delledifferenze tra umani ed animali.

Miglioramenti nella comprensione dell’intelligenza umana e nellefunzioni cognitive potrebbe avere un largo effetto legale e sociale.Per esempio, la comprensione della falsa memoria e di come essa

si forma potrebbe avere un effetto sulle disposizioni legali e sullatestimonianza nelle aule di tribunale. La comprensione delle capacitàinnate personali e i requisiti per gli atti lavorativi, potrebbero aiutarea capire e a determinare chi farà meglio il pilota di guerra perchèha maggiori capacità e rapidità nell’analizzare immagini complesse.Problemi etici potrebbero sorgere riguardo alle discriminazioni delle

persone che hanno delle mancanze d’abilità innate. Questi timori

richiederebbero obiettive e attente misure legislative di tutela delladignità umana. Eventualmente, impianti neurali e sensori (combinaticon l’incremento della disponibilità delle informazioni) potrebberoradicalmente cambiare il modo di sentire, percepire, ed interagire conl’ambiente naturale implementato artificialmente. Nel futuro imme-diato, queste nuove capacità potrebbero creare impieghi e funzioniadeguate per le persone che in questi nuovi ambienti avranno unlavoro o si troveranno a fare vita sociale. Tali innovazioni potrebbero

sviluppare particolari specializzazioni militari critiche (es. soldati,




119

piloti, e ufficiali di comando), ma la vera innovazione auspicabilesarebbe seguire altre direzioni come l’intrattenimento, l’insegnamentoo le funzioni manageriali. Sebbene le ricerche (Ricerca & Sviluppo)hanno indicato la fattibilità di tale impianto, non risulta ancora chiaro

in pratica come e quando gli investimenti riusciranno ad accelerarnela realizzazione perchè forti sono le implicazioni etiche e politicheche possono arrestarne l’interesse economico.

Bio compatibilitàI nano robot medici avranno interazioni con la chimica del corpo

umano. Innanzitutto la superficie di un nano robot non può provocarerisposta allergica. I nano robot saranno iniettati nei fluidi. Il carbonioè una molecola molto versatile, essa può formare catene lineari, azig-zag, anelli (benzene e altri elementi ermetici), sfere (molecole dicostruzione sferica), lenzuolo (grafite) o a blocchi (diamanti). Alcunichimici hanno legato molecole organiche ad alcune di queste formedi carbonio, gettando le basi alla realizzazione dei nano robot biocompatibili. Le superfici sono estremamente importanti perchè devonorimanere distinte dai tessuti del corpo ma essere attirate, secondo la

loro programmazione, dai bersagli da guarire.Ricerche future dovranno dare più flessibilità, ma queste sono

oggi sufficienti per molte applicazioni. Recentemente, alcuni ricer-catori sono riusciti a mettere un numero crescente di neuroni in unmicroprocessore di silicio, con il proposito di sensibilizzare il se-gnale elettrico. Alcuni composti chimici hanno forme caratteristichee anche cariche elettriche sulla loro superficie. Il nocciolo di questi

composti rappresentano la chimica che si sviluppa con il rilascio. Inano robot và visto come la macchina che contiene la sostanza attivasintetizzata. Gli anticorpi sono le versioni naturali di alcuni noccioli.I noccioli artificiali “situati a bordo” sono costruiti per attrarre mo-lecole specifiche.

Ricerche in bio tecnologia hanno già prodotto motori molecolari di parecchi tipi di cellule e la verifica di questi sistemi attestano la bontàdi questi motori. I vantaggi potenziali si possono solo immaginare

quando pensiamo alle molecole del DNA. La “Scatola degli attrezzi

Nano biologia



120

del progettista” conterrà una grande varietà di sistemi artificiali prontiall’assemblaggio e all’uso.

Ricerca e monitoraggio

Uno dei contributi principali alle nano tecnologie viene dallaminiaturizzazione dei rilevatori che dovrà creare sonde biologi-che ed artificiali capaci di raccogliere comandi, eseguire sequenze

programmate e trasmettere più informazioni possibile. Si possonocostruire piccoli sensori chimici adatti all’introduzione nelle celluleviventi e capaci di viaggiare attraverso i tessuti senza causare effettidannosi. Questi piccolissimi congegni saranno impiantati per forniremonitoraggi continui. Il progetto del genoma umano si dimostrerà

prezioso per comprendere le bio tecnologie naturali che sono inte-grate nel corpo umano e che determinano anche le concentrazionie le attività delle proteine nelle cellule viventi. Alcune misurazioninon potrebbero essere fatte oggi, ma potrebbero essere fatte con nanosensori capaci di fissarsi dentro le singole cellule. Le informazioni

provenienti da mille ad un milione di sensori pongono un’oggettivanecessità di coordinamento e di computing sicuramente complessi.

Ciò rende necessario la progettazione e realizzazione di una classedi nano computer che dovrà essere adattata a 1/1000 del volume diuna singola cellula.

Queste sono le strade da seguire: miniaturizzazione ed efficienza.Con il tempo i sensori potrebbero scoprire problemi medici, prima cheessi si manifestino con sintomi macroscopici. In congiunzione conaltre tecnologie, il monitoraggio continuo con impianti permanenti

potrebbe aumentare in modo duraturo i periodi di buona salute in tuttele diverse età dell’uomo.

Interventi Gli interventi medici generalmente consistono nella chirurgia e

nell’uso dei farmaci. Lo stato dell’arte delle tecniche chirurgiche èrappresentano da strumenti inseriti in piccoli tubicini che attraverso

piccole incisioni, operano direttamente sulle parti da trattare. Questi

strumenti sono necessariamente semplici come per esempio una pin-




121

za o un bisturi. I robot chirurgici sono la rivoluzione necessaria per alcune operazioni delicate e particolari che attualmente sono in faseancora progettuale. Non abbiamo ancora robot che possono attraver-sare questi tubicini. Le nano tecnologie sono il futuro. Il piccolissimo

ago dell’agopuntura è 120 micron, circa così come la larghezza diventi cellule. Un numeroso complesso di nano robot potrebbe pas-sare attraverso questi fori molto piccoli e non provocare nemmenosanguinamento. I nano robot potranno essere probabilmente capacidi cucire tessuti ad un livello cellulare e molecolare, dando accele-razione ai processi curativi delle ferite. Per questa ragione le nanoriparazioni si pongono come complemento alla chirurgia che prevede,

per il trapianto di organi, grosse incisioni.Insieme al trattamento dei traumi accidentali, le strade consuete

seguite dalla chimica di oggi come il flusso sanguineo e lo stomaco,saranno percorse da agglomerati di nano robot specializzati per attra-versare e raggiungere tutte le parti del corpo umano. Per alcune formechimiche come insulina, queste vie di trasporto sono appropiate, per molte altre, alcune come chemioterapia farmaceutiche e antibiotici,la soluzione più efficace è il trattamento in forma locale.

Le tecniche nano chirurgiche possono mettere medicinali e deposi-tare dispositivi direttamente dove servono. Questi dispositivi possonoessere numerosi e sottili, alcuni di loro possono essere inseriti dentrogli organi. In molti casi, i nano attrezzi servono solo a catalizzarereazioni chimiche localizzate usando elementi ed energia dai tessuticircostanti. La natura ha dimostrato che una complessa reazione chi-mica può adattarsi nello spazio di un batterio.

SostituireSe l’organo fallisce la sua funzionalità, esso può essere sostitui-

to. Generalmente la sostituzione d’organi può avvenire grazie ad undonatore ma il corpo che riceve potrebbe rigettare il nuovo organo.L’uso di farmaci adeguati riesce a limitare i rigetti e a controllare ilsistema immunitario. Oggi, vari organi, incluso la laringe e la vescica,vengono sostituiti con tecniche che a partire da un ponteggio speciale

ricostruiscono l’organo da sostituire. La predisposizione cellulare ad

Nano biologia



122

accogliere organi artificiali darà un impulso enorme ai trapianti resicosì finalmente possibili. Oggi, tecniche come la dialisi che possonosolo rimandare il trapianto di un organo fondamentale come il rene,saranno superate dalla grande disponibilità di organi artificiali prodotti

in serie. È recentissimo l’annuncio del sangue artificiale trasparentee non di colore rosso. Numerosi sono i congegni costruiti con le nano tecnologie che

dovrebbero essere usati nel corpo umano per fornire energia, glucosioe ossigeno direttamente dove necessario in tempo reale.

RiparareOggi, se un tessuto è strappato o tagliato, si aspetta che la natura

faccia il suo corso rimarginando spontaneamente il danno. Nella mag-gior parte dei casi, se il danno è rilevante, si interviene con cucitureo trattamenti chirurgici. Una delle funzioni operative dei nano robotdovrà essere la capacità di riformare i legami molecolari che tengonolegate insieme le cellule e con questi legami riparare pressoché imme-diatamente le ferite. Altra forma di danno è la privazione dell’ossigenodovuta alla presenza di grumi di sangue che ostruisce la circolazione

o addirittura la rottura di uno o più vasi sanguinei. In mancanza di os-sigeno i tessuti possono morire perchè le cellule vengono uccise dallamancata nutrizione. Una popolazione di nano robot sparsa attraversoi tessuti potrebbero prevenire tempestivamente la mancanza localedi ossigeno liberando i farmaci necessari o innescando le riparazioneadeguate alla risoluzione del danno rilevato.

Eterostasi Il corpo mantiene la sua condizione grazie ad un meccanismochiamato omeostasi. L’omeostasi è la condizione di stabilità internadegli organismi che deve permanere anche al variare delle condizioniesterne attraverso processi autoregolanti. Ci sono tanti segnali checontrollano centinaia di meccanismi, con cui alcune parti del corpo sisincronizzano. Basti pensare alla sudorazione provocata da un aumentodella temperatura corporea. Da più parti, questi segnali sono inviati

da elementi chimici o neurali. Se ilcontrollo si altera o questo viene




123

meno, alcuni di questi segnali causano effetti indesiderati. L’eterostasiè l’idea che differenti parti del corpo possono essere mantenute delibe-ratamente fuori da questa sincronizzazione. Il principio dell’eterostasi(dal greco etero = diverso, altro e dal latino stasi=stato, condizione),

è la facoltà dell’uomo di confrontarsi con ciò che gli è estraneo, disopportare i conflitti, e, in questo confronto, di rafforzarsi. Il tipicoesempio è dato da un dottore che deliberatamente infetta se stessocon cestode o tenia con l’obiettivo di migliorare le sue funzioni immu-nitarie. Interessante è un’altra strada con cui potrebbe essere possibilemodificare, a livello cellulare, le concentrazioni chimiche locali e isensori chimici, così che sistemi differenti possano rilasciare segnalidiversi indotti dalla stessa causa che scatena la reazione. Saranno ne-cessarie molte ricerche per trovare le combinazioni e gli stati migliori,ma sembra chiaro che i nostri corpi sono naturalmente ottimizzati per uno stile di vita differente da quello che abbiamo scelto: l’eterostasi

potrebbe essere un’altro filone di ricerca che si prefige il miglioramentodella salute umana.

L’eterostasi incide positivamente sugli organi da trapiantare: piut-tosto che provare a disegnare un nuovo organo diverso e unico per

ogni individuo, potrebbe essere più facile riprogrammare l’ambienteche deve ricevere la sostituzione in modo da ottenere risposte positivedal sistema immunitario. Questa procedura alza molto la possibilitàdi mantenere organi differenti a diverse età fisiologiche per otteneremassime performance di salute. Per esempio una persona di 90 anni

potrebbe ritrovare nuova giovinezza con un fegato di dieci anni e uncuore di un venticinquenne.

Il tipo estremo di eterostasi prevede un tale isolamento dellamalattia di un organo da riuscire ad evitare danni ad organi e tessutivicini.

Oggi noi possiamo mantenere molti organi vivi per ore oppuregiorni fuori del corpo come possiamo mantenere tutto l’organismovivo per molto tempo con una macchina cardiaca che sostituisca uncuore che ha cessato di battere. La nostra tecnologia attuale è in-credibilmente povera rispetto a quella che si preannuncia con l’uso

massivo delle nano macchine che si interfaccianno ed operano a

Nano biologia



124

livello molecolare.Ogni organo e ogni sistema vivente, per quanto piccolo possa

essere, può essere stabilizzato, riparato o sostituito senza che venga-no scatenati effetti dannosi se riusciremo a controllare i messaggi di

errore o controllo dei sistemi vicini. L’organismo lavora bene quindiè in salute quando tutte le sue parti sono sincronizzate. Questo statodeve essere mantenuto anche durante eventuali lavori di ripristino difunzionalità deficitari. Un pò come quando si ripara una tubatura inuna strada senza privare di acqua tutto un quartiere. Un macro succes-so lo si è avuto nel Dicembre 2005, quando, una squadra di medici,rimosse il fegato di una persona e lo portò in un reattore nucleare per una terapia di radiazioni anticancro. Dopo questo trattamento il fegatofu rimpiantato al suo posto: il paziente oggi è vivo e sta bene.

Limitazione delle nano tecnologieLa nano tecnologia è una scienza e non una magia. Il suo sviluppo

sarà grande ma non bisogna nascondere che ci sono molti limiti. Illimite più grande sarà probabilmente il consumo di calore. Il corpoumano può di solito dissipare circa 100 watt di energia extra senza

sudare. Questo suona come qualcosa d’enorme, ma ricordiamo chei nano motori si troveranno ad operare dentro organismi biologici.Un singolo ammasso cellulare di nano motore potrebbe usare 10watt. Naturalmente esso potrebbe esplodere subito senza opportunimeccanismi di controllo e di dissipazione. Il fattore dissipativo saràessenziale nella scelta del dispositivo medico adeguato al corpo ri-cevente.

Un’altra grande limitazione è lo spazio. Molti di noi immaginanola cellula come una borsa piena d’acqua, infatti una cellula è abba-stanza piena di proteine chimiche e strutturali. Una nano navicellaavrà bisogno di essere attentamente programmata e manovrata per evitare di distruggere i meccanismi cellulari, specialmente se il nanomotore deve muoversi intorno e dentro le cellule. La buona notizia èche alcuni batteri possono nascondersi nelle nostre cellule e quindiabbiamo la certezza che la tecnologia potrà emulare questi compor-

tamenti naturali.




125

Malattie e cureLa scienza medica ha ottenuto impressionanti successi. Le malattie

causate da batteri sono state significativamente ridotte dagli anti-

biotici. Le deficienze di vitamine e minerali sono quasi sconosciutenelle nazioni sviluppate. In ogni caso noi soffriamo ancora malattieche limitano la lunghezza della vita e che le medicine possono solorallentare ma non curare queste patologie. La vita non può essereestesa all’infinito ma senza trattamenti medici sicuramente diventa

più corta. Abbiamo visto come le nano-tecnologie promettono unulteriore miglioramento delle cure mediche.

Perdita di TelomeroIl DNA è una molecola che trasporta l’ informazione genetica

necessaria alla trasmissione dei caratteri ereditari di ogni organismo.Il DNA è contenuto nei cromosomi.

In biologia, il cromosoma è un corpuscolo che appare nel nucleocellulare di una cellula eucariota che è caratteristica degli organismiviventi più evoluti, gli Eucarioti (Protisti, Piante, Funghi e Animali). I

cromosomi sono spesso presenti in coppie, 23 nella specie umana, dicui 22 coppie sono cromosomi omologhi (cioè simili) ed una coppiadi cromosomi diversi che sono i cromosomi sessuali.

Il telomero è la regione terminale del cromosoma e ha un ruolodeterminante nell’evitare la perdita di informazioni durante la dupli-cazione dei cromosomi. Ad ogni duplicazione il telomero si accorcia.Se non ci fossero i telomeri si avrebbe una significativa perdita di

informazione genetica ad ogni duplicazione. Vi sono evidenze scien-tifiche che asscia questo progressivo accorciamento dei telomeri conl’invecchiamento della cellula e dell’intero organismo. Dopo un certonumero di divisioni, il Telomero muore.

Questo processo probabilmente potrà essere usato come un mec-canismo anti-cancro.

La vita in futuro sarà più lunga se riusciremo a sostituire i telo-meri nelle cellule. Noi sappiamo che le cellule del cancro tentano di

evitare le trappole del telomero e, conosciamo un enzima che esplica

Nano biologia



126

questa funzione. Potrebbe essere semplice indurre una cellula ad al-lungare i suoi telomeri, mantenendoli funzionanti. Usando una nanomacchina che può sondare la salute di una cellula si potrà dispensarela reazione chimica appropriata nel momento giusto direttamentenella cellula malata.


Fig. 27: Cellula, Cromosoma, Telomero, DNA



127

Accumulazioni chimicheUna causa della morte cellulare è l’accumulazione di elementi

chimici dannosi. Il più famoso è il prione che definisce un agenteinfettivo non convenzionale di natura proteica che attacca le proteine

e le deforma. I prioni sono responsabili delle cosiddette neuropatiespongiformi, malattie nervose degenerative come il tipo alzheimer o il morbo della Mucca Pazza. È ancora poco chiaro come moltialtri problemi possono essere causati dall’accumulazione d’elementichimici non assimilabili e quindi eliminabili. Sicuramente una nanonavicella con punta di diamante potrebbe rompere i prioni, come

pure catturare con un meccanismo chimico adeguato le perticelle nonassimilabili. Le nano macchine possono andare cellula per cellulae, come un’impresa di pulizia molto efficiente, assorbire, ripulire erompere gli elementi chimici dannosi.

Danni al DNAIl nostro materiale genetico è sotto costante attacco da parte delle

radiazioni e delle reazioni chimiche. I danni accumulati nel corsodel tempo causano il malfunzionamento delle cellule. Questo può

essere corretto in momenti differenti. Per prima cosa, le cellule oltreai neuroni che sono mal funzionanti possono essere uccise, poi, ilcorpo provvederà a sostituirle senza alcun danno e malattia. Infatti,le cellule contengono differenti meccanismi per autoeliminarsi se nonfunzionano bene. In secondo luogo, sarebbe possibile minimizzarei danni svuotando, aspirando gli agenti chimici che causano le mu-tazioni maligne e quindi l’alterazione delle cellule. Terzo, una nano

macchina potrebbe esaminare il DNA d’ogni cellula per riparare idanni e, magari, con una semplice sostituzione, periodica e senzaerrori, di alcuni cromosomi.

Nano navicelleA livello cellulare le parti cancerogene sono di solito abbastanza

differenti dai tessuti normali. Molte cellule del cancro attualmentecambiano la composizione chimica sulla superficie, così da non essere

facilmente riconoscibili e identificabili. Molte di queste cellule del resto

Nano biologia



128

crescono velocemente e cambiano la loro forma. Ogni cancro evolvein una mutazione genetica che causa differenze nella chimica internadelle cellule. Il sistema immunitario offre delle difese specialmentein superficie essendo esso programmato per distruggere le cellule delcancro. Purtroppo questo non basta per liberarci dal cancro. Le nanonavicelle hanno numerosi vantaggi: prima di tutto, esse possono fisica-mente entrare nelle cellule ed esaminare la chimica interna. Secondo,

possono trasferire i dati ad un computer, che permette di elaboraredei calcoli che non sono possibili al sistema immunitario. Terzo, lemacchine possono essere programmate e dispiegate anche dopo cheil cancro è stato diagnosticato, cioè quando il sistema immunitario hagià fallito. Le nano navicelle possono esaminare ogni cellula del corpoche abbia tendenze cancerogene e sottoporre ogni cellula sospetta adun’attenta analisi. Nel momento che un cancro viene scoperto esse

possono facilmente annientarlo e eliminarlo velocemente.


Fig. 28: DNA



129

Danni al cervelloIl cervello è unico e particolarmente diverso rispetto agli altri

organi del corpo umano. Esso contiene la nostra memoria e la no-stra personalità, che non possono essere sostituite. Questo pone un

problema essenziale alla ricerca del prolungamento sostenibile dellanostra vita. Le informazioni immagazzinate nella mente devonoessere preservate per un lungo periodo, cercando di salvare questeinformazioni da malattie ed incidenti.

Ovviamente è importante prevenire la morte prematura dei neu-roni. Veleni come l’alcool, incidenti e malattie come l’Alzheimer’s

possono tutte causare la morte di numerosi neuroni. In ognuno diquesti casi, la morte dei neuroni può essere rallentata se non prevenutainteramente dal controllo chimico nelle cellule.

Deficienze ormonali L’età è associata al cambiamento nel livello di molti ormoni, forse

l’esempio meglio conosciuto è la menopausa causata dalla riduzioned’estrogeni. È probabile che il trattamento delle ghiandole control’invecchiamento a livello cellulare e il controllo della produzione

ormonale apporterebbero grandi miglioramenti nell’aspettativa divita dell’essere umano del futuro

In ogni caso, anche la costruzione e l’adozione di ghiandole ar-tificiali potrebbero mantenere il livello ormonale desiderato. Infatti,differenti livelli ormonali potrebbero essere sostituiti da organi diffe-renti, cosa che il corpo non può fare per se stesso. Questo è un’altroesempio di applicazione del principio di eterostasi.

Infezioni Batteri, virus e parassiti rappresentano continuamente dei proble-

mi. Gli antibiotici lavorano bene contro alcuni batteri, in ogni caso cisono alcuni tipi di batteri che, anche attraverso mutazioni, sono resi-stenti agli antibiotici. Quando i virus sono attivi nella cellula, essi sonoimmuni agli antibiotici rendendo quindi i medicinali innoqui. Infatti,esistono alcuni parassiti che per essere eliminati, necessitano dell’uti-

lizzo di tecniche mediche particolari. Il nostro sistema immunitario

Nano biologia



130

è abbastanza efficace quando deve occuparsi delle infezioni, perchèapprende dall’esperienza e generalmente diventa molto efficientecontro organismi estranei che riconosce a livello molecolare. Alcunemalattie riescono, quasi con intelligenza, ad aggirare i controlli del

sistema immunitario. Alcune malattie come l’Ebola, progredisconocosì rapidamente che per il sistema immunitario è difficile dare unarisposta immediata ed efficace. La Sifilide per esempio sopravvivefurtivamente circondandosi di elementi chimici simili alle cellulenormali in modo tale da camuffare la sua presenza. L’herpes invece sicongiunge all’interno dei geni delle cellule del corpo, così da impedireal sistema immunitario le possibili reazioni di difesa. L’HIV attaccadirettamente il sistema immunitario.

Le nano navicelle hanno vantaggi differenti rispetto a quelli offertidal sistema immunitario. Infatti, non possono subire l’attacco deglielementi patogeni naturali e in più possiedono risorse computazionalinon disponibili al sistema immunitario. Il sistema viene attivato in

base alle conoscenze impartite dalla programmazione che si sviluppaa partire dal database delle malattie conosciute. Le nano navicelle

provvederanno a riparare i geni corrotti senza uccidere le cellule

funzionanti. Sarà sempre necessario mantenere attive le difese contromalattie come il colera e il tetano, perchè si scatenano facilmente insituazioni di scarsa igiene dipendendo dall’ambiente circostante su cuisarà sempre difficile operare un controllo assoluto. Con grande sforzo,noi controlliamo e sradichiamo la piccola sifilide con tecnologie del1970. La tecnologia di oggi e quella del futuro può creare bilioni didosi di medicine e nano medicinali a bassissimo costo, purtroppo è fa-

cile comprendere che il maggiore ostacolo all’eliminazione mondialedi tante malattie è politico, piuttosto che economico o tecnologico.

Incidenti Gli incidenti, specialmente quelli automobilistici e quelli sul

lavoro, sono spesso causa di morte a tutte le età. Sebbene un in-cidente non è una malattia, esso uccide e produce danni, a volteirriparabili. Possiamo prevedere che questi danni potranno essere

trattati e prevenuti come molte malattie. Molti incidenti provocano




131

lesioni meccaniche, avvelenamenti e danni celebrali dovuti a carenzadi ossigeno. L’istallazione permanente delle nano macchine, renderagli incidenti meno letali. Le nano navicelle incastrate nei tessuti

possono aumentare la loro forza e intervenire contro le lacerazioni

dei tessuti straziati, riparandoli immediatamente. È comune nei casidi trauma cranico che il cervello venga schiacciato contro la scatolacranica. Una sagoma speciale nano-costruita può proteggere il cer-vello, prevenendo questo tipo di danno. Altri dispositivi potrannorendere inefficaci molti veleni comuni e annullare gli effetti dellaloro diffusione nel corpo umano.

I respirociti, cellule ematiche artificiali (in realtà macchine mi-croscopiche), permettono al corpo umano di funzionare normalmente

per alcuni minuti senza la respirazione o la circolazione sanguigna equindi, in caso d’emergenza, la loro iniezione può salvare le personedall’asfissia o da orribili danni celebrali. Con le conoscenze dellamedicina attuale, le vere possibilità di sopravvivenza sono legatead un ricovero urgente entro l’ora d’oro. Infatti, quando le vittimehanno la fortuna di essere trasportate in ospedale in meno di un’ora,le percentuali di morte si riducono notevolmente. Respirociti, clotto-

citi, microbivori (versioni più efficienti ma artificiali di globuli rossi, piastrine e globuli bianchi) insieme ad altri nanorobot specializzati,saranno gli elementi base dei futuri kit di sopravvivenza che dovrannoobbligatoriamente accompagnare ogni veicolo di trasporto ed essere

presenti in ogni ambiente di lavoro.

Malattie correlate al sangue

Molte malattie, come l’infarto, la sepsi (setticemia) o il cancrocon metastasi, evolvono provocando dei cambiamenti nel sangue benrilevabili con le analisi odierne. La ricerca ha proposto un dispositivonano medico, chiamato vasculoide che è una sorta di pellicola di na-noparticelle spalmata all’interno dei vasi sanguigni e che sostituirà ilsangue. Per prevenire molte malattie o limitare altri fenomeni dannosicome l’avvelenamento, bisognerà provvedere ad un capillare e detta-gliato controllo delle cellule del corpo umano e dell’ambiente chimico

in cui dette cellule vivono, permettendo all’eterostasi di essere usata

Nano biologia



132

estensivamente. Il vasculoide è un meccanismo molto complicato erichiederà ancora molte ricerche per vedere realizzate le promessedella nano-medicina avanzata.

Problemi genetici Nel futuro più prossimo e in quello più remoto, probabilmente,molte malattie saranno facilmente trattate modificando la geneticadel corpo. Tante persone sono turbate da quest’idea, specialmente sele modificazioni sono trasmissibili alla prole. Una volta realizzate, lenano tecnologie che possono manipolare direttamente i geni, farannodecadere queste preoccupazioni poichè la trasmissione di geni modi-ficati non sarà più motivo d’attenzione ed interesse. L’idea che ognimanipolazione genetica è cattiva, diabolica o nociva sarà invertita.L’idea che la modificazione genetica cambi in modo irreversibilel’intera specieumana è infondata e poco corretta.

SovrappopolazioneUna obiezione comune contro l’aumento eccessivo dell’aspettativa

di vita è che se l’individuo vive per sempre, il pianeta terra diventerà-

sovrappopolato. In ogni caso una piccola dimostrazione matematicamette in risalto il dato secondo cui è l’eccesso delle nascite che facrescere molto velocemente la presenza umana sul nostro pianeta. Seognuno uccidesse se stesso dopo gli ottanta anni di vita, quest’attorimuoverebbe solo una persona dalla popolazione, nel frattempo iloro figli e nipoti si riproducono. Un persona che sceglie di vivere

per un tempo lungo e ha pochi bambini riduce la popolazione più di

una che vive poco ma che mette al mondo molti figli. Chiaramentese il controllo delle nascite in alcune parti del mondo è un problemavero, la sovrappopolazione non può essere motivo di freno alla ricercavisto che le nano tecnologie ci daranno anche un facile ed economicoaccesso allo spazio. La colonizzazione di altri pianeti sarà raggiuntamolto prima del raddoppio della attuale tempo medio di sopravvivenzadel genere umano sulla terra.

Condizioni di salute




133

Di estrema attualità è oggi la discussione sull’eutanasia che se-condo una delle tante definizioni è “un’azione o una omissione che dinatura sua, o almeno nelle intenzioni, procura la morte allo scopo dieliminare ogni dolore”. La tecnologia odierna permette all’individuo

di rimanere in vita per anni anche in condizioni di salute terribili.Queste persone desiderano addirittura morire. Partendo da questeosservazioni alcuni arrivano ad affermare che studiare l’estensionedella vita sia una pratica da non seguire. Estendendo meramente lavita senza migliorare la salute è considerata una cattiva idea. Infatti, labuona salute consiste nel migliorare la vita in modo tale da estenderlanaturalmente. Se la tecnologia elimina le malattie, vivere in cattivecondizioni di salute non sarà più fonte di preoccupazione.

ElitalismoÈ stato argomentato che quando la tecnologia non è disponibile

a tutti il prolungamento della vita riguarda poche persone. Le nostre previsioni individuano l’affermazione di processo solidale che sappia portare il naturale mantenimento dello stato di salute dall’elitarismocome privilegio personalistico all’uguaglianza dei fondamentali diritti

dell’uomo. Le iniquità nella disponibilità delle cure mediche, oggi,sono largamente diffuse ma sarà lo sviluppo tecnologico a forniresempre più strumenti a costi decrescenti. Il processo da innescare, sesi vuole aumentare la disponibilità e ridurre i costi, è l’individuazio-ne di investimenti sistematici nella ricerca competitiva ed efficientein tutti i campi delle nano tecnologie. Più persone faranno uso delletecnologie per il mantenimento dello stato di salute e più velocemente

esse diverranno economiche e largamente disponibili anche nelle partimeno socio-sviluppate del pianeta terra.

Altri rischi Talune persone hanno affermato che alcune nano tecnologie sono

tanto rischiose, da auspicarne ogni tipo di limitazione. Lo sviluppoe l’uso deve essere limitato perchè l’auto-replicazione porterebbealla distruzione del pianeta. Quest’argomento non è applicabile alle

nano tecnologie mediche. Infatti, non ci sono ragioni di usare l’auto

Nano biologia




replicazione per i nano dispositivi medici che sono solo delle mac-chine come tutte le altre capaci di impazzire quanto un televisore.Così come è pura follia pensare che le fabbriche usate per costruirele nano navicelle, possano auto-riprodursi.

Il rischio maggiore è ritardare la capacità umana di estendere la suaaspettativa media di vita. Attualmente muoiono 55 milioni di personeogni anno. La maggioranza di queste morti sono premature. Non vi èdubbio che le persone, oggetto di malattia o incidente letali, potendoscegliere, vorrebbero vivere ancora. Nell’insieme tutte queste mortisono un’inimmaginabile tragedia. Quanto prima sapremo svilupparetecniche salva-vita di larga diffusione, tanto più esistenze umanesaranno preservate. Senza questo processo, sei bilioni di personemoriranno prima del 2100.

L’estensione della vita, in relazione alle tecnologie, ci darà molte possibilità di scelta. Se rimanere naturalmente in vita fosse semplicecome prendere una pillola una volta il mese, allora non prenderla signi-ficherebbe morire e quindi una scelta cosciente di suicidio. Sappiamocome nella cultura occidentale il suicidio è motivo d’orrore e dispera-zione, mentre in quella orientale può diventare un atto onorevolmente

dignitoso. Come ci rapporteremo a questo fenomeno quando la gentedopo cento o duecento anni di vita vissuta naturalmente deciderà dimorire? A questo problema non esiste una facile risposta ed è facile

prevedere grandi spazi di dibattito.Il rischio vero è la manipolazione politica indotta, magari incon-

sapevole, magari affaristicamente premeditata, che può affermare ladittatura del business sfrenato del capitale sulla diffusione di massa

delle tecnologie che risolvono il solidale desiderio della società civiledi mantenere in buona salute la sua popolazione.L’idea che ogni cosa buona ha un prezzo e che non possiamo ave-

re qualcosa gratuitamente è molto radicata nella cultura americana.Infatti si pone come principio motore al capitalismo moderno cheMax Weber identifica nell’etica puritana che si diffonde e si svilup-

pa soprattutto negli Stati Uniti, perché negli Stati Uniti prevale unaforma di individualismo puritano, quella che Weber stesso chiamava

una ascesi intramondana, cioè un ascetismo che si traduce in un im-



135

pegno radicale nel mondo, e che fa del successo, della ricchezza la prova della grazia divina. Fortunatamente questa concezione è statasuperata dopo la rivoluzione industriale con l’emergenza semprecrescente, ancora oggi, di anteporre gli interessi generali delle masse

a quelli elitari del capitale. Interessi che devono centrare obiettividi buona salute e conservazione dell’ambiente naturale. La praticasociale, l’economia è soprattutto la responsabilità politica di guidarei processi di concretizzazione di benessere percepito dovranno assu-mere il controllo della ricerca scientifica e tecnologica, affinchè leinvenzioni e il semplice esercizio della nostra intelligenza non siasottomesso alle poco solidali logiche del profitto nel mercato globaledel terzo millennio.

Nano biologia



136



137

IL DIBATTITO SULLE NANO TECNOLOGIE

Si profila un vasto dibattito per l’affermazione di una emergenzatecnologica con diversi punti di vista sulle implicazioni delle nano

tecnologie e sui cambiamenti sociali che esse possono apportare.Le differenti prospettive riflettono le convergenze e le divergenzetra le necessità e le prospettive, tra la teoria e la pratica delle nanoapplicazioni. Prima ne apprendiamo e ne approfondiamo le tematiche,migliori saranno le predizioni sulle conseguenze sociali ed economi-che, nonchè, meglio saranno individuati gli aspetti di responsabilità

politica che i paesi occidentali dovranno assumersi. È necesarioaprire discussioni sulle nano tecnologie che possano avvicinare edincentivare il lavoro degli scienziati dentro linee generali che possanoessere definite grazie ad un intenso lavoro sinergico di ricercatoriaperti ad una innovativa attività multidisciplinare. Il dibattito sullenano tecnologie deve partire dalla visione rivoluzionaria di poter cambiare radicalmente la società futura degli individui. Uno deidiscorsi estremi da affrontare vedrà la tecnologia come strumentoefficace alla crescita naturale della sopravvivenza umana sul pianeta

terra e nelle colonie che si formeranno oltre l’atmosfera terrestre. Nel medio e lungo termine, le nano tecnologie offrono promesse

e speranze fondate sulle concretezza delle applicazioni già disponibilinella realtà presente. Le prospettive a breve termine si focalizzanoin due grandi certezze:

a) le nano tecnologie promuovono benefici, soprattutto per ragioni economiche;

b) sono già programmati investimenti imperniati sulle correntidi sviluppo tecnico e in progetti di ricerca di baseI concetti più radicali affermano che le nano tecnologie più avan-

zate imporranno cambiamenti sociali senza precedenti. Nella vastaesplorazione dell’impatto sociale ed economico, risultano evidentiche molte implicazioni non sono completamente chiare. Pertanto c’èda aspettarsi anche conflitti aspri con considerazioni, discussioni esentenze discordanti. Le reali correlazioni tra la percezione delle

nano tecnologie e il loro impatto potenziale sono tutte da definire e



138

risulteranno argomento di un’auspicabile e ricca letteratura.Il padre delle nanotecnolgie è il premio Nobel Richard Feynman

che dalla fine degli anni cinquanta fa nascere con le sue teorie fisiche,la visione radicale dei nano materiali. Egli fu il primo a presentare

la fabbricazione delle molecole e quindi la possibilità di produrrecongegni e manufatti, nelle nano scale, attraverso l’assemblaggio diatomi o molecole più semplici.

K. Eric Drexler ha introdotto termini come nanotecnologia e na-norobot , verso la metà degli anni ottanta, per descrivere le capacitàavanzate degli assemblatori molecolari che sono dispositivi teoriciin grado di utilizzare reazioni chimiche per il posizionamento dimolecole reattive con precisione atomica.

Si riconosce comunque, il ruolo nano tecnologico sulle le pro- prietà dei materiali e sui miglioramenti dei nano congegni. Le nanotecnologie annunciano una nuova era industriale chiamata epocamolecolare.

Gli speculatori dichiarano al mercato che le nano tecnologieoffrono il potenziale per una abbondanza di materiali con qualitàspecifiche e sorprendenti. Altro importante aspetto, è che nano tec-

nologie come le tecnologie molecolari rappresentano la capacità di programmare materiali con precisione molecolari e questo avvieneattraverso il controllo non costoso delle strutture della materia.

Un altro premio Nobel (nel 1996 per la scoperta del fullarene)Richard E. Smalley ha dichiarato che i nanorobot meccanici auto-replicanti sono semplicemente impossibili in questo mondo. I dueostacoli insormontabili, che Smalley cita, sono il problema delle dita

grasse e quello delle dita appiccose. Le dita grasse, rappresentano laregione dove devono intervenire i nanorobot, come uno spazio troppolimitato. Le dita appiccicose, invece, sono la metafora che raccontacome gli atomi delle nano macchine finiscono per aderire agli atomi

presenti nella zona di intervento. Tali dichiarazioni mettono forte-mente in discussione la versione drexleriana di una nanotecnologiafondata su di un assemblatore molecolare. Chiaramente Drexler hasubito confutato le tesi del collega scienziato rilanciando la bontà

delle sue ricerche e tentando di dare una spiegazione politica alle




139

critiche di Smalley. Quello che segue è un brano di una famosa letteradel 2003 che Drexler scrive a Smalley:

[...] Lei teme, a quanto pare, che i miei avvertimenti circa i pe-ricoli sul lungo termine possano ostacolare i finanziamenti per la

ricerca corrente e ha dichiarato che “non dovremmo permettere aquesto incubo non ben definito di spaventarci dal perseguire la ricer-ca nanotecnologica ... deve andare avanti”. Io ho sempre sostenutoche è proprio il potenziale abuso delle nanotechnologie avanzate arendere imperativo un vigoroso sforzo di ricerca da parte degli StatiUniti e dei suoi alleati e queste motivazioni sono state bene accolte.

In una discussione aperta, credo che esse prevarranno. Al contra-rio, il Suo tentativo di calmare il pubblico con false affermazionidi impossibilità è destinato a fallire, lasciando poi i nostri colleghiesposti al rischio di una contro-reazione negativa. [...]

Uno scienziato la cui ricerca rispetto, ha osservato che “quandouno scienziato sostiene che qualcosa è possibile, probabilmente

sottovaluta quanto tempo sarà necessario per realizzarlo. Ma sedice che è impossibile, ha probabilmente torto.” Lo scienziato inquestione è, naturalmente, Lei stesso.[...]

Sicuramente gli investimenti nella ricerca sono fondamentali per vedere realizzate le grandi promesse della nanotecnologia. Il quadroglobale prevede diverse decine di miliardi di dollari e natuturalmenteGiappone e Stati Uniti in prima linea con gli stanziamenti maggiori.Drammatica è l’importanza che l’Italia prevede in questo settore vistoche i suoi investimenti nel settore non arrivano al 3% di quello cheil solo Giappone scommette nella rivoluzionaria ricerca in campo

nanotecnologico.Eppure i campi abbracciati dalle nanotecnologie sono ampi ediversificati, basti pensare all’elettronica molecolare, tanto per fareun solo esempio.

In molti casi c’è un contrasto aperto tra i ricercatori che mostranocautela sull’evoluzione non tecnologica, altri sono scettici circa levisioni radicali che promettono molto dal matrimonio tra le nanotecnologie e la biologia. Ormai è comunque universalmete accetta-

to il principio della fattibilità delle nano macchine nella forma di

Il dibattito sulle nano tecnologie



140

molecole funzionali e come parti di cellule viventi.George M. Whitesides, che lavora anche sui magneti molecolari

ed è considerato il padre delle nanotecnologie soffici, è scettico circail significato di questa impresa, che definisce imitazione stupefacente

della cellula vivente. Anche Whitesides è riluttante a credere nellenano macchine complesse e viventi. Quindi va annoverato tra gliscettici della visione Drexler. Anche lo scienziato giornalista P. Ballfa parte del club antagonista che in definitiva contesta la fattibilità diemulare le cellule viventi con materiali sintetici secondo il disegnofilosofico di Drexler, per prediligere le strade raggiungibili che tendo-no a migliorare i processi cellulari naturali. Per riassumere, vengonocontestate le nano navicelle o nano sottomarini di Drexler.

Altri scienziati si mostrano molto cauti sulle tesi di Drexler, traquesti c’è D. Loveridge, egli fonda la sua Idea in Progresso comesintesi dell’integrazione di tre campi fondamentali che sono scien-

za, tecnologia e ingegneria nelle scale nano metriche, invitando adabbandonare il termine nanotecnologia perchè incompleto e troppoenfatizzato. Secondo le tesi di Loveridge, non bisogna rimuovere le

frontiere fondamentali della scienza e anzi estenderle in ordine a una

più franca discussione delle potenzialità in relazione alle conseguenzesociali e agli impatti industriali ed economici del prodotto che luidefinisce nano manufatto. La questione non è solo l’integrazione ela sinergia dei diversi campi scientifici e tecnologici ma, soprattutto,anche le doverose analisi dei bisogni e dei diritti degli individui.

Limiti potenziali e possibilità scientifiche sono condotte dentroargomenti specifici che devono tendere a corteggiare ed incentivare,

senza tralasciare nessun aspetto, gli investitori e tutta la comunitàscientifica. Loveridge rende primario un aspetto della comunicazionemediatica affermando che il cambiamento della percezione delle nanotecnologie sarà la base della rivoluzione industriale.

Per decenni , la scienza delle nano scale è passata come un luo-go comune in biologia e chimica attraverso definizioni che l’hannosempre etichettata come scienza emergente. Una rivoluzione sempre

potenziale.

La letteratura si divide in due poli: quello radicale e quello del-




141

la cautela pratica. Intorno ai due filoni ruotano due diversi gruppi promotori delle nano tecnologie. Al primo gruppo appartengono lamaggioranza dei governi e delle organizzazioni industriali che sonoottimisti circa le nano tecnologie. L’altro gruppo raccoglie chi, pur

nel dubbio e nella cautela, vedono le nano tecnologie se non rivo-luzionarie, sicuramente con un grande potenziale futuro. La distin-zione tra nano scale e nano tecnologia viene sviscerata esaminandole strategie industriali che portano alla produzione in serie dei nanomanufatti specializzati

Dimensioni sociali I termini della discussione prevedono due capitoli fondamentali:

i concetti di nano tecnologie e i possibili effetti sociali ed econo-mici.

Abbiamo visto come il bisogno della società deve essere conside-rato come parte del processo di sviluppo e che il nano tecnologista hauna visione più ampia che va al di là di ogni logica esclusivamentematerialista . Questo implica che gli accertamenti dei possibili effettisociali ed economici sono incorporati dentro questo processo così da

includere la scienza sociale nel pool integrato della ricerca che aiuteràa programmare il futuro delle nano tecnologie. In questo paragrafo noiesploriamo le dimensioni sociali nel dibattito sulle nano tecnologie.La raffigurazione del bisogno, dalle piccole utilità quotidiane all’au-mento dell’aspettativa di vita, definisce uno degli aspetti piuttosto

più stringenti e generali. Catalogare i vari concetti di nano tecnologiecome una cronostoria delle conquiste dello sviluppo scientifico non

basta. Come non basta riassumere i concetti, anche quelli radicali, inuna semplificazione estrema del giusto o negativo. Le nano tecnologierappresentano una discontinuità forte tra le previsioni della scienza ele effettive applicazioni della tecnologia naturale: questa affermazio-ne avrà un effetto immenso. Viceversa, le nano tecnologie concepitecome una estensione della ricerca corrente, determinano una visioneestremamente limitata del loro impatto sociale. La comparazione adaltre tecnologie consolidate e a quelle emergenti sono frequenti e

vengono molto enfatizzata nel variegato mercato delle applicazioni




142

industriali. La domanda di prospettive certe ha evidenziato che ildibattito sulle nano tecnologie sta assumendo una maturità ragionataverso le reali necessità di migliorare la vita degli individui nonostantel’avversione che fonda le sue radici nella paura che i nanorobot auto

assemblati possano prendere il controllo e il dominio del mondo. Iltimore principale è che questo argomento estremamente negativo possa creare una reazione violenta contro le nano tecnologie tanto daostacolarne lo sviluppo.

Buona parte del dibattito promuove un grande interesse versol’acquisizione di un consenso diffuso nella società civile. Il posi-tivismo desidera garantire che lo sviluppo delle nano tecnologienon venga impedito dall’opinione pubblica. Il centro focale circail bisogno delle nano applicazioni deve nascere dal largo coinvol-gimento del pubblico nel dibattito. Le implicazioni sono notevoli evariegate tanto da richiedere l’estensione del dibattito e della ricercaaanche a scienziati di scienze politiche che dovrebbero incoraggiarel’accettazione delle nano tecnologie.

È chiaro che le preoccupazioni negative sono dovute in parte allacritica sull’efficenza e trasparenza delle democrazie occidentali. A

questo si aggiungono la natura degli investimenti, pubblici o privati,che portano chiaramente a modelli diversi di aspettativa economicae sociale. Il dibattito pubblico, le scienze sociali e politiche, le tec-nologie, le scienze fisiche e chimiche, la biologia, l’ingegneria, lescienze economiche, l’industria e il mercato, sono tutti i protagonistichiamati a determinare scelte e decisioni fondamentali che incideranno

pesantemente nel destino del mondo. Governare le grandi questioni

del cambiamento tecnologico spetta senza dubbio alla politica. Daessa dipendono i processi programmatici di sviluppo, gli indirizzie le scelte strategiche. Un punto cruciale di partenza per la ricercache le scienze sociali devono svolgere, è dato dal momento in cui leistituzioni di governo scelgono le intelligenze (scienziati esperti scevrida conflitti di interessi e pertanto al di sopra delle parti coinvolte)chiamate a guidare i processi di decisione nei vari punti scelti per sviluppo tecnologico che si vuole percorrere. Probabilmente, più dei

conflitti tra i grandi interessi coinvolti, ciò che mina l’equo processo




143

democratico delle scelte, è la distanza che esiste tra la necessità didecisione sollecita e le incertezze, le incognite che comunque non

possono essere del tutto cancellate o superate. Ancora più determi-nante diventano le scelte politiche che devono, quindi, operare verso

una condivione di regole precise e norme che possano tutelare, suogni aspetto, i diritti fondamentale degli individui. La libertà di sceltae di autodeterminazione, in questo contesto, non devono colliderecon l’equità sociale che deve assicurare la salute a prescindere dalledifferenze economiche e sociali dei cittadini. Opportunità e sceltedevono si essere libere ma allo stesso tempo accessibili ad ogni stratosociale della comunità mondiale.

Lo sviluppo e la diffusione dell’informazione tecnica e tecnolo-gica rappresentano il modo migliore per l’affermazione del primatodelle nano tecnologie tra i diversi campi di ricerca. Ci troviamo,

per semplificare, a decidere che tipo di pilastri adottare nella co-struzione di un imponente, quanto magnifico, edificio futurista. Lescienze sociali hanno la capacità di studiare fenomeni e movimentie, spesso, con il senno di poi tentano, arditamente, di prevederenuove tendenze. Non è certo facile ne prevedibile il risultato che gli

studiosi sapranno proporre in questo dibattito sulle nano opportunità.La narrativa fantasy e le sceneggiature fantascientifiche, da GiulioVerne a Matrix, dimostrano che l’uomo riesce a superare, nelle operedel suo intelletto, ogni tipo di remora etica o di barriera tecnologicache prima o poi, altri, riescono ad abbattere. Ogni questione non

potrà mai essere completamente e chiaramente esaurita. L’unicoimperativo è alimentare un’attenzione profonda in un dibattito che

appare emergente e temerario ormai da tempo.I punti fondamentali sono: relazioni tra governi ed università,investimenti in ricerca e sviluppo, finanziamento delle istituzioni, tra-

sferimento tecnologico, consapevolezza pubblica, organizzazioni non governative, gruppi di consumatori, concorrenza nello studio, nella produzione e nella commercializzazione, proprietà intellettuale.

Come abbiamo visto, le condizioni al contorno definiscono l’ambiente economico e sociale entro cui maturerà la tecnologia applicata

alle masse. Internet e la realtà virtuale saranno gli spazi speculativi




144

dentro cui, grazie ai supercomputer e al networking globale, potràevolvere l’estensione della vita naturale al di là dei limiti biologiciche oggi conosciamo.




145

LA RIVOLUZIONE TECNOLOGICA

Una serie di possibilità a partire dal 2020

È impossibile pensare e predire il futuro.Basandoci sugli attuali movimenti e progressi scientifici, le tenden-ze tecnologiche danno alcune indicazioni precise su cosa è possibile

prevedere. Come abbiamo visto, le evoluzioni e gli effetti di questetendenze saranno modulate e influenzate da capacità e barriere che,

positive o negative, potrebbero avere vari effetti importanti nel mondofuturo. I fattori che legano insieme questi elementi danno luogo atre tendenze: cibi geneticamente modificati, nuovi materiali e nanotecnologie. Con i dati attuali a nostra disposizione possiamo stabilireuna serie di percorsi che i cibi geneticamente modificati potrebberointraprendere a partire dal 2020. Gli investimenti sulla decodifica delmenoma stanno alimentando la possibilità di migliorare l’ingegneriadegli organismi, ma le preoccupazioni sociali riguardano non tantola produzione quanto il consumo sistematico di questi alimenti. Inuna visione ottimistica per il 2020, i cibi geneticamente modificati

saranno molto diffusi e porteranno benefici efficaci per la qualità, ladisponibilità, la produzione complessiva e l’ambiente

Il controllo politico e la mancanza d’investimenti potrebberomoderare la produzione e l’uso dei cibi OGM mantenendo inalterati imeccanismi tradizionali che purtroppo già oggi offrono dei paradossinon giustificabili come gli allevamenti di animali che vengono nutriticon OGM e poi una volta macellati diventano comunque cibo che

arriva sulle tavole di milioni di famiglie.Insieme al cibo, un’altra tendenza produttiva importante è co-stituita dai nuovi materiali che saranno ulteriormente migliorati especializzati. Gli investimenti e l’impegno nella ricerca saranno le

problematiche principali insieme alla disponibilità delle risorse eco-nomiche da individuare e mettere nei bilanci di previsione. In unavisione ottimistica dal 2020 i nuovi materiali saranno usati come baseinnovativa per un ampio ventaglio di nuove applicazioni.

La produzione molecolare che ospita nano sistemi con capacità



146

rivoluzionarie, sarà inevitabilmente un’opportunità ghiotta per i paesisviluppati e tenologicamente avanzati di cui nei prossimi decenni,diventeranno leader fenomeni emergenti come quello cinese e quelloindiano. Da un punto di vista pragmatico delle certezze prevedibili,

nel campo della nano tecnologia, sicuramente, i miglioramenti nella produzione dei semiconduttori, continuerà a crescere seguendo lafamosa legge di Moore.

Le tendenze mostrano relazioni che enfatizzano le sinergie tra letecnologie dell’informazione e quelle della biotecnologia, attualmenteancora in una fase embrionale.

Natura multi disciplinare della TecnologiaMolti sviluppi sono possibili grazie ai contributi di due o più

tecnologie e tra questi i più affascinanti sono i MEMS, diagnosti-che molecolari, bio materiali computerizzati basati sul biologico,robotica bio mimetica. Varie tecnologie, crescendo insieme, sonostate nel passato capaci di rendere possibile applicazioni innovativegrazie all’aumento di workgroup multi disciplinari che hanno avuto

un approccio unificato nell’analisi dei problemi e delle soluzioni. Imateriali stanno evolvendosi grazie alle potenti capacità dei super-computer scientifici e all’applicazione dell’ingegneria per lo sviluppodei materiali

bio medici, per i tessuti artificiali e lo sviluppo di materiali reattivi

atti a facilitare l’attivazione dei sistemi di controllo sulle superfici. Imateriali sono stati anche sviluppati e adattati con l’incastro dei sen-sori e degli attuatori per la realizzazione di strutture intelligenti.

Serie di possibili futuri sviluppi ed effetti delle nano tecnologieLe nano-tecnologie (scale), le tecnologie dell’informazione

(processi), i materiali (processi e funzioni) e la vita degli organismiinterrelati, producono nuovi sistemi e concetti. I materiali provvedono

alla funzione e la comparsa delle nano tecnologie ha reso possibile




147

la costruzione di scale che integrano la funzione con il processo(materiali intelligenti). La combinazione delle tecnologie dei mate-riali, con la biologia e le scienze della vita hanno allo stesso tempo

provveduto alla conoscenza dei materiali ottenuti dagli organismi

viventi, rendendo possibile un’ulteriore integrazione con gli effettidiffusi della progettazione (bio mimetica) e il prodotto finito (bio-nica). Nota che questi esempi mostrano differenti combinazioni ditecnologie che sono in estesi avanzamenti, infatti, l’intero insiemedi tecnologie provvede ad arricchire la mescolanza di contributi allarivoluzione tecnologica complessiva. L’aggiunta di tecnologie ai ma-nufatti, questi rendono i nuovi settori a produrre anche determinatevisioni e approcci al mondo.

Combinando queste visioni e arricchendo anche la cassetta degliarnesi scientifici da usare per un problema, il risultato è evidente negliavanzamenti, che combinati con il meglio d’ogni mondo rendonoflessibili le applicazioni che altrimenti non sarebbero realizzabili.Incrementando gli sforzi nel comprendere come vivono gli organismii biologi saranno portati più facilmente a risolvere i problemi dell’am-

biente naturale. Piuttosto che copiare ciecamente la natura come la

“bio mimetica”, tali sforzi sono combinati con le migliori soluzionidella natura con le parti d’ingegneria artificiale atti a sviluppare unsistema che è migliore rispetto ad un particolare organismo e am-

biente esistente. Le tendenze espressive influenzeranno le tecnologiein molteplici aree, le nano-tecnologie, i materiali tecnologici, lospazio dell’informazione tecnologica. I materiali intelligenti stannocontribuendo ad entrambi la funzione e la capacità dei processi e

delle operazioni. I sistemi intelligenti sono resi possibili dai progressifatti sui materiali (sensori, attuatori) e le capacità d’informazionetecnologica insieme alle tendenze dei micro sistemi. I sistemi intel-ligenti a turno possono essere progettati per provvedere e procurareagli organismi viventi le capacità bioniche. Gli organismi viventistanno informando nuovi modi di costruire sistemi (bio mimetica)così come allo stesso modo alle parti di fabbricazioni.

La rivoluzione tecnologica




Accelerazione dei cambiamenti L’andatura generale dei progressi tecnologici e dei cambiamenti,

sembra essere accelerata. La crescita economica, specialmente negliStati Uniti, è potenzialmente applicata alla ricerca e agli sviluppi

degli investimenti che sono nell’innovazione di nuovi prodotti eapprocci, la tecnologia del computer continua a progredire fino al punto che i prodotti diventano obsoleti in due o tre anni. In alcunearee dell’ingegneria bio medica l’andatura è altrettanto veloce, infatti,alcuni dispositivi medici diventano superati dal momento in cui il

prototipo è sviluppato. Tale percorso potrebbe rendersi molto onerosodal punto di vista economico lo stare al passo con gli avanzamentitecnologici.

Preoccupazioni etiche e accellerazioni sociali Così come le tecnologie rendono possibili grandi modificazioni

nell’abilità di manipolazione ambientale e negli ambiti della vita,aumentano di riflesso le preoccupazioni etiche e sociali che vedonoun’accelerazione. Le problematiche inerenti alla vita privata, la pro-

prietà intellettuale e la sostenibilità ambientale stanno aumentando

in proporzione alle nuove capacità e possibilità che sono offertedalla tecnologia.

Aumento e ampiezza dei bisogni di educazioneCombinati con l’aumento dell’andatura dei cambiamenti tecno-

logici, probabilmente ci sarà un aumento continuo dei bisogni per l’apprendimento e l’educazione. Così la possibilità dei computer

d’oggi stanno diventando più importanti, sia i lavoratori con i colletti blu sia quelli con i colletti bianchi, probabilmente avranno bisogno dimigliorare le loro abilità in altre aree ed evitare quindi l’obsolescenzanei regni tecnologici. La natura multi disciplinare della tecnologiasta anche cambiando le abilità richieste alle forza lavoro così comeai tecnologi della R&S. La crescita di queste rivelazioni, necessitanouna maggiore comprensione del vocabolario e di concetti fondamen-tali prendendo spunto da altri campi di lavoro effettuati in gruppi

multi disciplinari, richiedendo più tempo all’ampiezza dei corsi di



149

formazione. Questa tendenza potrebbe aumentare il tempo al puntotale che i gradi delle multi discipline sarebbero necessari special-mente ai visionari e ricercatori che legano i concetti tutt’insieme.Infine, l’intera popolazione avrà bisogno di un’ampia comprensione

scientifica e tecnologica, capace di informare e rendere possibili ledecisioni politiche e dei consumatori. Le attuali controversie rela-tive ai cibi geneticamente modificati hanno aperto domande tali darendere complicato l’equilibrio fra le differenti parti del dibattito.Altrettanto, la comprensione delle implicazioni sulla vita privata esui potenziali guadagni su cose abbondantemente strumentalizzatee monitorate, necessitano di avere un elettorato e dei consumatoridi base informati.

Ampio periodo di vitaLa salute è messa in relazione ai progressi che mantengono la

promessa di continuare la tendenza di aumentare l’ampiezza dellavita nel mondo sviluppato. Questa posizione aumenta la questionerelativa alla crescita della popolazione, alle cure per gli anziani, ealla vita dei pensionati. I progressi medici dovrebbero aumentare la

qualità della vita, rendendo possibile non solo una vita più lunga alle persone, ma anche di restare più a lungo come membro produttivodella società.

Riduzione della vita privataVari tratti della vita privata individuale che includono i sensori

diffusi, l’impronta digitale del DNA, il profilo genetico che indica la

predisposizione alle malattie, un’accessibile data base su Internet conle informazioni personali, ed altre informazioni di tratti tecnologici.I problemi nella vita privata probabilmente avranno dei riflessi neidibattiti legislativi che riguardano le protezioni e le regolamentazionilegali, e continuando il dibattito sociale ed etico circa gli usi dellatecnologia. La generazione delle esigenze della vita privata e deimercati, insieme ai supporti tecnologici (es. misure di sicurezza e

pezzi sensoriali e informazioni sulle architetture e sugli elementi). La

diffusione e la razionalizzazione dei problemi di privacy potrebbero




150

dettare e influenzare questi problemi indirizzandoli in modi pro attivi ereattivi. Nella storia recente, in ogni caso, la vita privata e la sicurezzasi sono inseriti dietro il modo in cui funzionano le prestazioni. Questosi differenzia dai problemi di vita privata che fermeranno queste ten-

denze tecnologiche, il risultato è la riduzione della privacy attraversoil globo nella misura in cui è utilizzata una quantità di tecnologia inuna regione. Un esame accurato dei problemi della vita privata, lostesso potrebbe cambiare il comportamento pubblico nel modo in cuiesso usa la tecnologia, influenzando lo sviluppo tecnologico che lovede come una richiesta sociale.

Globalizzazione continuaLa globalizzazione probabilmente sarà facilitata non solo dai

progressi della tecnologia dell’informazione, da Internet, dalle co-municazioni, dal miglioramento dei trasporti, ma anche dalla realiz-zazione di una tendenza rappresentata da un’agile manifattura, dovegli investimenti in infrastrutture potrebbero abilitare nuovi giocatoria partecipare alla fabbricazione complessiva.

La competizione InternazionaleRiguardo alla competizione internazionale per lo sviluppo dei

confini tecnologici, una serie di possibilità esistono in ogni area del pianeta. I controlli si basano su un sistema razionalmente competi-tivo in cui entrambi, gli investimenti in tecnologia e la tecnologiadei prodotti sono considerati un cappello a cilindro, con rispetto allefrontiere nazionali, ad una situazione in cui ci sono delle instabilità

nei confini nazionali e regionali. La direzione attuale dipenderà da unnumero di fattori, inclusi i futuri ordinamenti economici regionali (es.EU), i diritti di proprietà intellettuale internazionale e le protezioni,una futura società multinazionale di servizi, il ruolo è la quantità diricerca nel settore pubblico e nel settore dello sviluppo degli inve-stimenti. Attualmente ci sono movimenti verso la competizione fraregioni (opposte alla nazione), alleanze economiche che aumentanoil supporto alla protezione del regime della proprietà intellettuale to-

tale. Una maggiore globalizzazione e una divisione di responsabilità




151

per R&S, e una particolare attenzione ai fondi (settore pubblico diricerca, accanto allo sviluppo del settore privato di ricerca dei fondi).

Naturalmente queste meta-tendenze sono soggette al cambiamento inaccordo con i fattori sottolineati altrove in questo resoconto.

Facilitazioni trasversali degli effetti tecnologici Al di là degli effetti della tecnologia individuale, i progressi

simultanei di tecnologie multiple e le implicazioni potrebbe esseredegli aggiuntivi (additivi) e degli effetti sinergici. Alcuni avanzamenti,introdurranno capacità che potrebbero essere usati per aiutare altri

progressi e quindi accentuare i loro effetti al di là di cosa dovrebbeessere raggiungibile se gli effetti fossero indipendenti e meramenteaggiuntivi. È anche possibile che certe combinazioni degli avan-zamenti realizzati potrebbero avere effetti negativi su ogni altro,essendo presenti impreviste difficoltà. Consecutivi problemi eticie pubblici e le difficoltà ambientali potrebbero essere un esempio.

Nuove potenziali innovazioni devono essere selezionate attraversole biotecnologie, i materiali tecnologici e le nano tecnologie per esplorare come le tecnologie potrebbero facilitare ogni altra. I cibi

G.M. includono la clientelizzazione dei raccolti e degli animali per migliorare la nutrizione e la produzione, mentre si riducono i pesticidie l’uso di acqua.

Le prove sulle simulazioni dei farmaci, migliorano lo sviluppodegli stessi, mentre effetuano esperimenti corporei migliorando itest e la comprensione dell’interazione fra farmaci e i problemi della

popolazione. La chirurgia invasiva (insieme di tessuti artificiali, le

strutture, gli organi e i prostetici) migliorerà la salute con la soluzionedei problemi medici e con interventi ridotti, così si ridurrà il costo eil tempo mentre si accelererà l’efficienza. I tessuti cardiaci artificia-li ridurranno i problemi di cuore rimediandoli, riparare i cuori conmateriali rigenerativi. I data base con l’identificazione personale,svilupperà un dispositivo di materiali atti a facilitare e proteggerel’immagazzinamento dell’informazione su piccoli sistemi individualie portatili (una nuova generazione di carte intelligenti). Le aziende

commerciali, nel totale inseriranno rapidi prototipi e insieme ad




152

un’agile fabbricazione influenzeranno il potere e la capacità di produ-zione globale. Un micro-individuatore, con etichetta sarà combinatocon la comunicazione senza fili, per lunghe distanze così che le attualietichette tecnologiche diventano un luogo comune negli affari e nelle

cose, facilitando la logistica e la locazione degli articoli, e l’interfacciacon i processori dell’informazione (es. controllare la fabbricazionedelle parti o progettazione di pasti basati sulla disponibilità degliarticoli in una dispensa).

Un nano scoppia in vivo nel corpo provvederà grazie alla tec-nologia senza fili, a testare e a monitorare le condizioni mediche,ricollocando, e installando sonde, misurerà fattori oggi impossibilialle tecnologie attuali. Infine “nano pulitori” economici e catalitici(fabbricazione molecolare, “carta selvaggia”) saranno prodotti inquantità massiccie e una volta rilasciati nell’atmosfera convertirannole molecole di carbone in forme meno dannose, questo allo scopo didiminuire gli effetti ambientali dei carburanti fossili. Ogni innovazioneè indicata come probabile (cerchio) e improbabile (il quadrato) o unavia di mezzo (cerchio-quadrato). I maggiori effetti di ogni modificadovranno anche essere elencati e indicate usando queste etichette.

Dettagli aggiuntivi degli effetti sono inclusi nella scatola ombratasulla diagonale. Il grado di ombreggiatura di queste scatole insiemealla diagonale indica l’ambito dell’innovazione (globale o moderatadal 2020). Il globale è indicato da un’ombreggiatura trasversale dellascatola grigia e denota gli effetti diffusi; il moderato è indicato dallascatola media grigia e segnala il fatto che gli effetti saranno probabil-mente limitati da alcune dimensioni (es. geografica, scopi industriali,

accesso economico) nell’arco temporale del 2020. I cibi prodotti conG.M. sopravvivranno le preoccupazioni pubbliche, essi potrebberodiventare molto diffusi attraverso il globo. Interessandoci dell’agri-coltura, gli effetti della simulazione dei tests sui farmaci possono inogni caso limitare i guadagni finanziari, ma l’industria farmaceuticaall’interno del mondo sviluppato potrà offrire una nuova ondata difarmaci abituali. Nota, queste tendenze si stanno muovendo verso laglobalizzazione, ma la moderazione d’alcune dimensioni potrebbe

essere indicata dai loro effetti dopo il 2020 definiranno la maggiore




153

diffusione non appena i costi diventano più accettabili per la popola-zione. Il resto delle entrate trasversali indica cioè il potenziale deglieffetti sinergici e potrebbero accadere in entrambe le innovazioni chesono passate.

Potenziale tecnologico ed effetti sinergici Alcune realizzazioni potrebbero essere aggiuntive in differenti

dimensioni. I cibi G.M. e l’ingegneria dei tessuti potrebbero aumentarei benefici per la salute. Altri effetti trasversali potrebbero non esseremeramente aggiuntivi, ma indicati a facilitare ogni altro, rendendo

possibili nuove capacità e incrementando i loro effetti individuali. Inano scopritori in vivo potrebbero facilitare i benefici dell’ingegne-ria bio medica e l’attività dei nano tessuti grazie ai miglioramentiricevuti dall’abilità nella diagnosi e nell’applicazione dei correttirimedi d’ingegneria per i pazienti individuali.

Infine, alcune conclusioni trasversali si presentano reciprocamen-te esclusivi ed essere in nessun modo aggiuntivi o sinergici, questisono indicati con la scatola grigia contenente dei balzi. Per es. unsistema d’identificazione personale potrebbe avere degli effetti che

sono largamente indipendenti dalle strutture dei cibi G.M. Questeosservazioni potrebbero non essere viste come una predizione delfuturo stato a partire dal 2020, ma piuttosto come uno sforzo di esa-minare gli scopi potenziali degli effetti e delle tendenze tecnologicheincludendo valutazioni di complessi interattivi se copie d’innovazionisono realizzate.

L’estrema natura interattiva degli effetti Gli effetti (sociale, economico, politico, opinione pubblica, am-biente) delle tendenze tecnologiche spesso interagiscono tra loro,essendo fattori a catena successivi. La natura interattiva per unatendenza che è già entrata nel dibattito pubblico così ha avuto effettisostanziali. In quest’esempio noi mostriamo come l’aumento della

popolazione (e così la richiesta d’aumento della produttività del cibo) comporta una maggiore richiesta di cibi G.M. Noi mostriamo

anche il fatto che gli effetti successivi cessano di contraddire ogni




154

altro guidando le decisioni politiche. Tale influenza descritta può perciò essere utile ai seguenti argomenti logici fatti da moltepliciindividui e organizzazioni su un argomento del dibattito e della com-

prensione adattata ad un largo quadro d’interazioni. Le modificazioni

genetiche e i problemi di sicurezza, appaiono nella situazione di trefondamentali giocatori. Le compagnie (ricercano nuovi mercati e fanno pressione per i diritti di brevetto), attivisti anti-G.M (provanoad eliminare le modificazioni genetiche tutte insieme), attivisti per i paesi sviluppati e per le forniture di cibo mondiali (lavorare per migliorare e confezionare i raccolti), gli ambientalisti (preoccupaticirca la bio diversità, e allo stesso modo della deforestazione).Questa interazione dei conducenti qualche volta sfocia nel conflittotra ognuno e qualche altra facilita un gruppo. Non è chiaro su cosasuccede a livello politico. Un punto di compromesso può essereraggiunto equilibrando le protezioni delle proprietà intellettuali coni bisogni dei mercati del mondo sviluppato.

La tecnologia e l’educazione potrebbero indirizzare molte preoccupazioni sulla sicurezza, mentre renderebbero possibilel’uso continuo degli OGM. Gli ambientalisti, potrebbero trovare un

equilibrio estendendo la clientelizzazione dei raccolti e la riduzionedella deforestazione che potrebbe indirizzare le preoccupazioni sulla

biodiversità. Non è chiara quale posizione prevarrà politicamente equali estensioni di tecnologie possono essere regolate, ma costruen-do e seguendo la progressione delle interazioni dei dibattiti, questo

può essere utile a monitorare la situazione e a diffondere delle in-formazioni ai politici. Molti degli effetti discussi nella valutazione

tecnologica, sulle previsioni di cosa potrebbe succedere come risultadalle tendenze discusse, ma il motivo di questi effetti sono sentitilontani nel futuro è spesso difficile da comprendere, specialmente seesaminiamo le interazioni e i possibili effetti successivi. Questo non significa che le condizioni finali non saranno com-

plesse, il soggetto deve essere cosciente della diversa natura deglieffetti e continuare a guardare le tendenze e le tecnologie in un modomaturo. I rilevanti potenziali tecnologici interagiscono e s’intrecciano

tra l’economia, la politica, l’opinione pubblica e gli ambiti ambientali.



155

I conflitti fra le diversità sono marcati con un punto esclamativo emostrano come la rete dell’effetto può essere equilibrato da un numerodi fattori e di politiche appropriate. Queste affermazioni potrebberoessere condizionate da particolari ragioni. Per es. riducendo l’uso

dei pesticidi ci sarebbero delle influenze sull’allevatore che usa cul-ture G.M. con sistemi di pesticidi che potrebbero ancora consentirel’aumento dei prodotti e delle entrate (reddito).

IL CAMBIAMENTO FUTURO

Al di là della rivoluzione agricola, industriale e dell’informa-zione del passato, un nuovo cambiamento multi disciplinare appareaffermarsi grazie alle sinergie e i benefici reciproci tra le tecnologieche rendono possibili ampi progressi, nuove applicazioni e concetti.Molte tendenze tecnologiche individuali si presentano in ogni casometa-tendenze stanno divulgando le proprietà tecnologiche prov-vedendo ad una determinata struttura di lavoro per descrivere larivoluzione tecnologica. Inoltre i costi d’entrata (biglietti) illustranoquali individui, imprese, regioni, probabilmente avranno bisogno dientrare e continuare a partecipare alla rivoluzione tecnologica. Al di

fuori delle tendenze tecnologiche individuali e alle meta-tendenze, i prerequisiti e le risorse richieste per partecipare a questa rivoluzionesembrano essere in evoluzione. Il grande cambiamento presenta,condizioni di percorsi meta-tendenze e “biglietti”. La forza lavorototale, probabilmente contribuirà alla comprensione e all’aumentodell’attività interdisciplinari. Appena l’abilità dei computer diven-tano più potenti, sono richieste delle capacità di base di lavorare

usando nuovi materiali e processi che coinvolgono la biologia, ei micro/nano sistemi. Non solo le nuove abilità e gli strumenti sa-ranno necessari, ma dal 2020 probabilmente vedremo cambiare il

paradigma fondamentale del modo in cui noi lavoriamo e viviamo,tutto questo a causa della rivoluzione tecnologica. I consumatori e icittadini dovrebbero aumentare la comprensione di base nei riguardidella tecnologia per intraprendere scelte informate e fare richiesteai sistemi politici, sociali, economici, legali e militari. Similmente,

gli scienziati e gli ingegneri, i tecnologisti e il governo avranno un




156

aumento di responsabilità riguardo al modo di pensare e comunicarei benefici e i rischi dell’innovazione tecnologica. Tale conoscenzanon necessita d’essere profonda in ogni area, ma la comprensione di

base renderà possibile un appropriato sviluppo e uso della tecnologia.

I lavoratori della tecnologia (es. ricercatori, rivelatori, progettistid’innovazioni) probabilmente avranno bisogno di una profonda edu-cazione multi disciplinare, rendendo probabile un lavoro di squadrache permetta di comprendere quanto uno specialista di una singoladisciplina. L’apprendimento a distanza può facilitare la diffusionedi conoscenze da parte degli specialisti dello sviluppo. In aggiuntaall’ampiezza formale dei corsi e alla formazione multi disciplinare,Internet potrà anche facilitare l’abilità delle persone ad acquisirenuove conoscenze in molteplici discipline e a mantenere le attualiabilità con le nuove tendenze di sviluppo.

L’autenticazione di entrambe le forme di conoscenza e la for-mazione resterà importante specialmente per i lavoratori formati, edimostrate esperienze potrebbero continuare a sostituire la formazioneformale, alcuni dei progressi nelle tendenze tecnologiche sono resi

possibili da gruppi multi disciplinari di R&D. Il vecchio paradigma di

relazioni gerarchiche tecnologiche è stato sostituito da nuovi gruppidi ricerche per evidenziare le soluzioni in molteplici discipline. Per esempio, i materiali non sono relegati a provvedere alle infrastrutture

per usare il computer con un approccio tradizionale, ma sono staticonsiderati loro stessi per l’applicazione dei processi quando i ma-teriali intelligenti possono provvedere alle sensazioni e ai processidirettamente. L’uso e la dipendenza delle risorse sembra anche essere

in evoluzione. In passato, le risorse locali influenzavano fortementela produzione locale. I trasporti, attualmente permettono alle risorselocali (es. risorse naturali o manodopera) e combinate con le risorsed’altre aree (valore aggiunto), ultimamente sono nei prodotti cheincontrano bisogni specifici e finali. Dal 2020, alla fine i prodotti

potrebbero essere confezionati in misura dell’utilizzo delle risorsedisponibili e rendendo possibile una larga serie di partecipanti allatecnologia. Sebbene per i partecipanti gli attuali costi dei capitali sono

aumentati è poco chiaro quando avverrà il contrario. Su una mano,




157

certe fabbricazioni e ricerche d’allestimento (la fabbricazione dei se-miconduttori) probabilmente continuerà ad essere molto costosa anche

perché è concentrata nelle mani di pochi produttori. D’altro canto, i processi della genomica e i prototipi rapidi potrebbero essere portati

avanti con relativi bassi-costi dell’equipaggiamento e con piccoleinfrastrutture, permettendo alla biologia e alle parti, la fabbricazionein ogni posto del mondo.

Le conoscenze aumenteranno e diverranno importanti e di va-lore. La generazione, la convalida e la ricerca di nuove conoscenzespecifiche e di nuovi ambiti tecnologici, potrebbero essere sempre

più costosi con l’aumento della disponibilità dei dati naturali (lacomprensione di funzioni e implicazioni sulle mappe del menoma), tale conoscenza potrebbe diventare sempre più salvaguardata. Ilsapere complessivo disponibile e il trasferimento di dati e rilevanze

pubbliche saranno facilitate dall’informazione tecnologica. Altrequestioni riguardo alla partecipazione saranno poco chiare rispetto acosa accadrà dal 2020. Sarà possibile per la connettività e la distanzad’apprendimento iniziale, l’educazione e la formazione continuare adessere globalmente disponibili? Potranno essere utili a costruire ponti

e a colmare i divari fra le discipline accademiche? Potrà un agilefabbricazione rendere possibile la partecipazione alla fabbricazioneglobale, con meno capitali e con la produzione per ampi prodotti? I

progressi tecnologici potranno rendere possibili eventuali adattamentialle effettive risorse locali?

La rivoluzione tecnologica e la cultura

La rivoluzione tecnologica sta andando lontano e al di là dellamera produzione dei prodotti e dei servizi. Primo, questi prodotti eservizi stanno modificando il modo di vivere e di interagire delle

persone. I telefoni cellulari stanno già portando le imprese e le in-terazioni personali entro i luoghi privati precedentemente designati.L’aumento della miniaturizzazione e della sensorializzazione degliarticoli quali gli apparecchi, i vestiti, le proprietà, le automobili, pro-

babilmente cambieranno il modo d’interagire fra questi dispositivi e

il nostro modo di vivere. I cibi che mangeremo nel futuro, saranno




158

maggiormente strutturati. Le cure per la salute potrebbero essereintegrate nella nostra vita attraverso miglioramenti delle prognosie dal monitoraggio giornaliero delle condizioni fisiche. Secondo, leimprese stanno iniziando ad essere globali ed interconnesse. Questa

tendenza probabilmente continuerà per esempio con l’avvento difabbricazioni agili e rapidi prototipi. Terzo, i requisiti per parteciparealla generazione dei prodotti e dei servizi sta cambiando. Come latecnologia diventa più interdisciplinare, l’educazione e la formazionedovrebbe cambiare, questo per rendere più capaci i lavoratori a par-teciparvi. L’educazione dovrebbe enfatizzare le componenti di larga

portata, attraverso le discipline che danno una minima e fondamentalecomprensione dei molteplici percorsi educativi.

Le imprese probabilmente necessiteranno di spendere maggioririsorse nella formazione continua della propria forza lavoro. Pren-dendo tutti insieme queste tendenze, vediamo che la tecnologia staavendo dei riflessi e degli effetti sulla cultura. I modi d’interazionesociale stanno cambiando. Entrambe, le idee e le norme sono in-fluenzate dalla nuova introduzione di regole e ampi accessi agli altriapprocci culturali. Le comunità stanno già reagendo all’invasione

culturale dell’informazione tecnologica. Alcune culture sono moltoaperte ad adattare le nuove tecnologie (specialmente per motivazioni

finanziarie) altre, si stanno preoccupando del fatto che le loro tra-dizioni culturali sono in pericolo e potrebbero essere sostituite daun’invasione culturale globale, quindi sono meno aperte per adattaree ad accettare la tecnologia.

Come le tendenze rese possibili dalle biotecnologie, dai mate-

riali tecnologici e dalle nano tecnologie, espandono l’effetto dellarivoluzione tecnologica, noi anticipiamo che le comunità potrebberocontinuare a rispondere a questa rivoluzione in vari modi. Inoltrel’andatura di questi cambiamenti è probabilmente rapida durantequesti 15 anni le comunità reagiranno alla tecnologia, gli effetti sullacultura locale potrebbero essere rappresentati da un aumento delconflitto. Alcuni conflitti apparirebbero essere palesi nelle comunitàe nei governi, stabilendo delle polizze atte a proteggere le culture




159

esistenti, oppure significativamente respingere questa rivoluzione.Altri conflitti potrebbero essere nascosti dal fatto che gli individui cherifiutano la tecnologia, potrebbero trasformarsi in terroristi attaccandola tecnologia nel tentativo di influenzare il cambiamento. Nell’altra

direzione, i miglioramenti nella qualità della vita risulteranno dalfatto che la rivoluzione tecnologica potrebbe ridurre i conflitti. La politica, renderà possibile la divisione dei benefici in modo tale daaiutare l’inclinazione futura verso risultati positivi.

CONCLUSIONI

I fattori rivoluzionari hanno sempre contribuito a modificare lavita dell’umanità, dall’affermazione dei principi politici e socialidella rivoluzione francese del 1799. I cambiamenti politici, agricolie industriali avuti nel passato sono la strada maestra su cui si fondala tecnologia, artefice del cambiamento nel mondo. L’informazio-ne tecnologica sta già rivoluzionando le nostre vite e continueràa spingere di passi in passi i materiali e le nano-tecnologie. La

biotecnologia rivoluzionerà gli organismi viventi. I materiali e lenano tecnologie stanno sviluppando nuovi dispositivi con capacità

impreviste. Queste tecnologie cambieranno le nostre vite. Esse sono pesantemente intrecciate, la rivoluzione tecnologica si posiziona sumulti disciplinari fenomeni emergenti, accelerano i progressi in ogniambito. Gli effetti rivoluzionari delle biotecnologie potrebbero essere

più sorprendenti. I passi in avanti consentiranno collettivi migliora-menti nella qualità e nella lunghezza della vita umana. L’ingegneriae l’ambiente arriveranno ad un grado d’intervento e non controllato,

mai prima raggiunto. Altri effetti e tendenze tecnologiche potrebberoessere meno ovvie al pubblico, ma col senno di poi potrebbero essereabbastanza rivoluzionarie. I cambiamenti fondamentali in cosa ecome noi fabbrichiamo, produrrà una fondamentale clientelizzazionedei nuovi prodotti e capacità. Nonostante l’inerente incertezza nelguardare alle tendenze future, una serie di possibilità tecnologiche edeffetti sono prevedibili e dipenderanno da varie incapacità e barriere.Questi effetti rivoluzionari non procederanno senza problemi. Varie

preoccupazioni, etiche, politiche, economiche, legali, ambientali,





della sicurezza e altre preoccupazioni sociali, decisioni che dovran-no essere indirizzate alla popolazione globale, aggirano i potenzialieffetti di queste tendenze nelle loro culture e nelle loro vite.

I significativi problemi possono riguardare la vita privata, la

disparità economica, i tratti culturali (e le reazioni) e la bioetica.In particolari problemi quali l’eugenica, la clonazione umana e lemodificazioni genetiche evocano le più forti reazioni etiche e morali.La comprensione di questi problemi è abbastanza complessa, daquando entrambi guidano le direzioni tecnologiche e l’influenza diogni altra in un secondario ed alto ordine di modi. I cittadini e chi

prende le decisioni necessitano di essere informati, circa la tecnologia,l’assemblamento e l’analisi di queste complesse interazioni, servea comprendere veramente il dibattito sulle tecnologie. Tali passi inavanti eviteranno semplici decisioni, aumenteranno al massimo i

benefici tecnologici dando valore personale e identificando punti diflessione e quali decisioni possono avere sull’effetto, senza essereannullati da un problema non analizzato. Le premesse tecnologiche dioggi sono qui e marceranno in avanti, avranno effetti ampi nel mondo.Ancora, le conseguenze della rivoluzione tecnologica non saranno

uniformi, giocano differentemente fuori della piattaforma globale,questi dipenderanno dall’accettazione, dagli investimenti e da unavarietà di decisioni. Non ci saranno svolte all’indietro, comunque,da quando alcune società approfitteranno della rivoluzione e dellaglobalizzazione cambierà anche l’ambiente in cui ogni società vivrà.Il mondo è in un significativo cambiamento, così questi progressiinterpretano fino in fondo lo stadio globale.



161

GLOSSARIO

Ametopterina: C20

H22

-N8.H

2O un effettivo antimetabolita come

un antagonista dell’acido folico è usato per il trattamento della cute

e di alcune sub cutanee leucemie. È anche conosciuto come metho-trexate.

Antimetabolita: Una sostanza che inibisce l’utilizzazione di unessenziale metabolite, è un analogo del metabolite.

Aptemerio: E’ una molecola del RNA o del DNA che è sceltadagli stadi causati dalla capacità di legarsi ad altre molecole. La sele-zione di queste molecole è la presenza che legano l’acido nucleico,

le proteine, piccoli residui organici e persino interi organismi.

Barriera ematoencefalica. Una barriera che evita l’entrata disostanze dal sangue dentro i tessuti del cervello.

Buckyball o fullerene o C60: Una delle tre forme conosciute dicarbonio (carbone, grafite e diamante) che prende una forma sfericacon una cavità interiore. È stato scoperto nel 1985, prodotto dalla

vaporizzazione laser della grafite, nella quale gli atomi di carbonio


Ametopterina: C20

H22

-N8.H

2O



162

sono disposti a lenzuolo. Sebbene il C60 si riferisce al numero diatomi di carbonio che sono nella sfera, è il più comune dei fullerene,ricerche hanno stabilito fondamenti anche in sferiche strutture dicarbonio contenenti 70 atomi (C70) 120 (C120) 180 (C180) e altri.

La forma del carbonio è in varie estensivi figure di tubi cavi, sferecave. Il carbonio nano tubo può anche formare una serie di straticoncentri nei tubi. I differenti carbonio nano tubo possono essere usaticome scale nano metriche, necessitano siringhe per iniettare molecoledentro le cellule e essere utilizzate come nano scale sonda per faremisurazioni nelle piccolissime scale. La struttura del carbonio nano

tubo può essere pieno o a fili, formando nano tubi nelle nano scale per misurazioni e potenziali attrezzi di trasporto di medicinali. Carbonionano tubo può essere doppiato e modificato con piccoli ammontare

di altri elementi, dando loro proprietà elettroniche incluso quelli diisolatori, semiconduttori ed essere ottimi conduttori.

Biomimetica: È una branchia della scienza nella quale sinteticisistemi sono sviluppati dall’uso di informazioni ottenute dal sistema

biologico.

Citochina: Un gruppo di lipidi che sono liberati da alcune cellule

e hanno un effetto di comportamento di altre cellule, servono come


Carbonio nano tubo



163

segnali intercellulari.

Cellule endoteliali: Un tipo di cellule epiteliali squamose com- poste da endotelio.

Cestode: Endo parassita composto su una classe di tipi inverte- brati con bilaterale simmetria.Dendrimero: Un dendrimero è un arbusto-simile altamente

ramificato con polimeriche molecole (In greco dendra = arbusto).Dendrimeri sono sintetizzati da monomeri con arbusti aggiunti indiscreti passi per formare un’architettura con sistemi simili. Unaltro livello di controllo sintetico è richiesto attraverso saggi passi

di reazione e purificazione e alcune disposizioni per controllare lagrandezza, architettura, la funzionalità e la nano dispersione. Parecchispecie di differenti dendrimeri sono stati sintetizzati ed utilizzati con

monomeri e alcuni sono anche commercialmente disponibili. Nella figura è rappresentata la terza generazione poliamideamina(PAMAM) dendrimero. I dendrimeri sono di particolare interesse per l’applicazioni sul cancro, perché riescono a definire la loro granderiproducibilità, ma ancora più importante, sono facilmente attaccabilia varietà di altre molecole preseni in superficie. Alcune molecoledovrebbero includere agenti tumorali destinatari (includono ma nonin forma restrittiva gli antibiotici mono clonali ) agenti immagine

di contrasto a punti di spillo anti tumorali, farmaci molecolari per


Dendrimero



164

raggiungere un tumore, e riferire a molecole quale forza un medici-nale anticancro esplica una volta impiegato.

Destrano: Un polisaccaride (C5H

10O

5)

n prodotto da una unità di

glucosio su una idrolisi.

Docetaxel: E’ un agente antineoplastico che appartiene alla famigli3-phenylisoserine,ter d n-estere butilico,13-ester con 5b-20-epoxy-1,2i.4.7.10.13°-hexahydroxxytax-11en-9-one 4-acetate 2-benzoate,trihydrate peso molecolare 861,9

Endotelio: Strato di cellule lineari del cuore e delle vene delsistema circolatorio.

Gadolinio: Un elemento di terre rare con il simbolo Gd, numeroatomico 64, peso atomico 157,25, alto magnetismo, specialmente a

bassa temperatura.Knockout: Inattivazione di uno specifico gene in un laboratorio

in ordine a studiare le funzioni dei geni.Agenti di contrasto alle immagini: Gli agenti di contrasto sono

molecole complesse che incrementano l’intensità del segnale detenutoda un’immagine tecnica, inclusa l’immagine di risonanza magnetica(IRM) e gli ultrasuoni. In IRM con agente di contrasto, per esempio,

pezzetti contenenti gadolinio attaccati a un antibiotico bersaglio.L’antibiotico dovrebbe raggiungere uno specifico obiettivo, nel nostrocaso una cellula metastasi, per esempio, mentre il gadolinio dovrebbeaumentare il segnale magnetico emesso dal IRM scanner, per deter-minare l’immagine.

Idrogeli: La formazione di un colloide nella quale fase di disper-sione (colloide) è combinata con la continua fase (acqua) che produce

una gelatina viscosa.Ingegneria neuromorfica: L’uso di sistemi funzionali di biolo-gia nervosa che si ispira al disegno e alla fabbricazione di artificialisistemi nervosi, alcuni come microprocessori e robot.

Liposomi: E’ un tipo di nano particelle fatte da lipidi e molecolegrasse, circondate da un cuore d’acqua. Liposomi, parecchi di questisono largamente usati a trattare malattie infettive e cancro, questisono i primi tipi di nano particelle ad essere usate a creare agenti

terapeutici con nuove caratteristiche.




165

Metabolismo: I processi chimici e fisici dalla quale generi ali-mentari sono sintetizzati dentro complessi elementi, le sostanze sonotrasformate in energia, è fatte rendere per usi da un organismo.

Micelle: Una sub microscopica unità strutturata di protoplasma,

sotto costruita da polimeri molecolari, un colloidale aggregato diun unico numero (tra 50 e 10) tra amfipatiche molecole, quandooccorre ha una ben definita concentrazione conosciuta come criticaconcentrazione di micelle.

Microfluidi: Un campo multi disciplinare comprendente la fisica,la chimica, l’ingegneria e le biotecnologie che studiano i comporta-menti dei fluidi a volumi cento volte più piccoli di una comune goc-ciolina. I componenti microfluidi dalla base così chiamati vengonodefiniti “laboratori su un chip” congegni che processano volumi inmicro litri e nano litri e conducono alte sensibili misure analitiche.La tecnica di fabbricazione è usata per costruire congegni microfluidisono relativamente non costosi, sono sensibili entrambi a soluzionialtamente elaborate, congegni molteplici e anche produzioni di massa.In una simile maniera sia la micro elettronica e tecnologie microfluidisono abili alla fabbricazione di alti congegni integrati per diritto di

rappresentanza, esplicano parecchi differenti funzioni su alcune superficie di chip. Microfluidi sono dei critici componenti in gene chipe proteine chip con uno sforzo sviluppato.

Moore (Prima leggei di)

Le prestazioni dei processori e il numero di transistor ad esso

relativo, raddoppiano ogni 18 mesi. Nel 1965 Moore suppose che le prestazioni dei microprocessorisarebbero raddoppiate ogni 12 mesi. Nel 1975 questa previsione sirivelò corretta e prima della fine del decennio i tempi si allungaronoa 2 anni, periodo che rimarrà valido per tutti gli anni Ottanta. Lalegge, che verrà estesa per tutti gli anni Novanta e resterà validafino ai nostri giorni, viene riformulata alla fine degli anni Ottantaed elaborata nella sua forma definitiva, ovvero le prestazione dei

processori raddoppiano ogni 18 mesi,




166

Nano travi. Il semplice Micro Elettro Meccanico Sistema(MEMS) che può essere facilmente fabbricato e attivato in produ-

zione di massa, secondo alcune tecniche usate per costruire chips per computer. Nano travi rivestite con antibiotici, per esempio, dovrannoadattarsi alla massa aggiunta e legarsi alla superficie anticorpi, che

provvedono a detenere capacità di percepire la presenza di singolemolecole d’importanza clinica.

Nano particelle: Una nano scala sferica o struttura a forma dicapsule. Infine non tutti pensano che le nano particelle sono cave,mentre altre forniscono un substrato centrale che può essere riempitocon medicine anticancro, detenzione di agenti, chimica, riferire come

possono segnalare se un medicinale ha avuto un effetto terapeutico.La superficie di una nano particella può anche essere adornata convari agenti bersaglio, alcuni come antibiotici, medicinali, agentiimmagini. Molte nano particelle sono costruite per essere piccolee per essere abili a passare attraverso i vasi sanguinei e entrarenelle cellule.

Nano involucro: È una nano particella composta da un involucrodi metallo, circostanza come un semiconduttore. Quando un nanoinvolucro ricerca cellule soggette al cancro, esse hanno la capacitàche possono irradiare la luce all’infrarosso o essere eccitate con uncampo magnetico, oltre a questo potrà causare un calore nell’invo-lucro ed iniziare ad uccidere le cellule cancerogene.

Nano tecnologia: È lo sviluppo e l’ingegneria di congegni così

piccoli che essi vengono misurati su una scala molecolare. Questeemergente campo raccoglie scienziati di molte differenti discipline,incluse fisica, chimica, ingegneria, tecnologisti dell’informazione, escienziati dei materiali, cosi come i biologi.

Nano fili: Una scala nano metrica composta da un filo, e fattodi atomi metallici, silicio o altri materiali che conducono elettrici-tà. Nano fili sono costruiti da atomi su atomi, posizionati su unasuperficie solida, risulta come parte di un congegno micro fluido.

Essi possono essere rivestiti con molecole alcuni come antibiotici



167

dovranno legarsi a proteine o altre sostanze d’interesse ai ricercatorie ai clinici. Dalla loro differente natura e dalla differente grandezzain nano scale, i nano fili sono incredibilmente sensibili ad alcuniimpegnativi eventi e rispondere da alterare il flusso di corrente

elettrica attraverso di loro, quindi possono formare le basi di ultrasensibili detentori molecolari.Nutraceutico: Alcuni cibi che hanno medicali benefici, sull’or-

ganismo, inclusi la prevenzione delle malattie.Positrone: Elettrone positivo è un particolare elemento avente

massa di un elettrone, aventi rotazione e statistiche come un elettro-ne, una carica positiva uguale in magnitudine alla carica negativadell’elettrone.

Punti quantici: Sono particelle di grandezze nano metricheconsiderate anche semiconduttori, fatte di cadmio selenite (CdSe)Cadmio Sulfide (CdS) o Cadmio telluride (CdTe) con un inerte

polimero rivestito. Il materiale semiconduttore usato per il core èscelto basato sulla l’emissione della lunghezza d’onda rapportataai seguenti punti quantici: CdS per UV-blu, CdS per lo spettro nelvisibile, CdTe per lo spettro nel vicino infrarosso, con la particolare

grandezza determinano l’esatto colore di un dato punto quantico.Tomografia emissione di positroni: Una tecnica che usa la

misurazione del “l’uno dietro l’altro” l’emissione di raggi gammadall’annientamento di emessi positroni da tracce di radioattive mappala distribuzione di quelle tracce avviene nel corpo umano.

Il futuro cambiamento



168

Numerosi farmaci sono difficili da somministrare efficacemente

senza ricorrere ad un’iniezione. Solubilità, stabilità e permeabilitàsono le caratteristiche del farmaco che ostacolano il favorevole svi-luppo biofarmaceutico della forma di somministrazione. Un mezzo

per superare tali problemi potrebbe essere l’utilizzo di nano/microtecnologie farmaceutiche capaci di mascherare le proprietà sfavore-voli della molecola.

Questa ricerca si propone di studiare nano/microparticelle con-

tenenti farmaco disciolto, inglobato, incapsulato, adsorbito o legato,




169

da utilizzare come vettori per una somministrazione extravascolareefficace. La difficoltà sarà di scoprire nuove particelle polimericheo lipidiche veicolanti il farmaco che, in funzione della composi-zione, struttura, carica e dimensione, saranno in grado di guidare

l’interazione con il substrato biologico della molecola veicolata.L’importanza della presente ricerca consiste quindi nel cercare diottimizzare la biofarmaceutica e la farmacocinetica di tali sostanzesenza cambiarne la loro struttura chimica. Ciò consentirebbe nuoveapplicazioni terapeutiche di farmaci noti per la risoluzione di ma-lattie importanti.

I farmaci studiati saranno peptidi, ormoni, antibiotici o più ingenerale sostanze con biodisponibilità critica, caricati nelle particelle

per direzionarli al sito d’azione, aumentarne l’assorbimento o modu-lare il rilascio. Tali sostanze attive hanno come caratteristica comunequella di possedere proprietà biofarmaceutiche critiche (liberazione,

permeazione, stabilità) e/o farmacocinetiche sfavorevoli (ADME).Saranno prese in considerazione sostanze attive per le quali esisto-no solo terapie iniettive oppure presentano biodisponibilità carenti,

come insulina, progesterone, vancomicina, teicoplanina, polimixinaB, capreomicina, peptidi antigenici. Si vogliono aprire nuove vie disomministrazione a tali farmaci, rivolgendosi in particolare alla viaorale, transmucosale, transdermica, inalatoria nasale e polmonare,ma anche iniettabile sito specifica.

Il piano e la metodologia della ricerca prevedono la preparazione

di nuove particelle aventi strutture innovative e fabbricate mediante procedimenti originali e con nuovi materiali.Il primo passo sarà lo studio della preparazione e caratterizza-

zione di micro o nanoparticelle adattate alla via di somministrazione prescelta che, mantenendo stabilità farmaceutica ed attività biologicadelle molecole inglobate, consentiranno un migliore assorbimentoo un direzionamento “intelligente”. La tipologia di tali vettori potràcomprendere nanoparticelle e microparticelle polimeriche e lipidiche,

liposomi, micelle e prodotti d’interazione con ciclodestrine.

Il futuro cambiamento



170

Il secondo passo sarà lo studio del rilascio e direzionamento deifarmaci dai vettori, per controllare la quantità e la velocità con cui sirendono disponibili per l’assorbimento e per conoscere l’interazionecon i substrati biologici.

Saranno utilizzate metodologie chimiche e fisiche per costruirele particelle veicolo di farmaci e le loro forme di dosaggio, comead esempio: spray drying, freeze drying, coacervazione, co-pre-cipitazione, evaporazione di solvente, emulsione multipla o sepa-razione di fase. Le particelle preparate saranno caratterizzate per morfologia, struttura, stabilità, interazioni tra materiali costitutivi esostanze attive, interazioni con substrati biologici, biofarmaceuticae farmacocinetica.

I risultati attesi sono di avere a disposizione particelle innovativeche risolveranno i problemi di stabilità, biofarmaceutici e farma-cocinetici dei farmaci veicolati. Tali vettori particellari per le lorodimensioni e struttura potranno aprire nuove prospettive terapeutiche,di “compliance” e di farmaco-economia. <<<

NANO E MICROPARTICELLE INNOVATIVE PER OTTIMIZZARE LA

BIODISPONIBILITA’ DEI FARMACI

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Paolo COLOMBO Università degli Studi di PARMA

http://www.ricercaitaliana.it/prin/dettaglio_completo_prin-2004030380.htm

ricordiamo che diceva Goethe: “...grigia è ogni teoria,verde è l’albero della

vita..”.



171Conclusioni



173



175Glossario



177Glossario




Zima N Zima N è un prodotto intelligente formulato nella scala di grandezzanano metrica da 20-50 nano metri* è disegnato per la sua strutturalamellare per impieghi in aree del corpo umano che presentano fo-

colari bio-cellulari. L’attività di questo prodotto è caratterizzato daun incisivo cambio superficiale conoscito come ( capacità di cambiocationico) espresso in mole/equivalente per 100 gr. Le capacità diqueste nano particelle presentano una diversità di stati elettronici, lenano particelle riescono a penetrare nell’attività biologica delle cel-lule, ristabilendo il disordine chimico e controllando la loro attività.L’azione delle nano navicelle o nano robot, quando immessi nel corpo

per la loro nano grandezza riescono a viaggiare nel corpo, azionanoil ringiovanimento cellulare e la sistemazione del disordine chimico,ambientale e biologico. La disposizione viene attivata dalle nanocariche elettriche anioniche e cationiche, la nano struttura esplicadei seguenti miglioramenti, cattura i batteri che circolano nel corpo,tossine prodotte da una eventuale cattiva alimentazione, elimi-nano gli scarti del metabolismo intestinale, combatte gonfio-ri, attenua le gastriti, migliora il sistema visivo, previene va-

rie forme d’infezioni e infiammazioni al sistema urologico.

Il prodotto non è tossico.

1 nano metro è la grandezza espressa da un miliardo di un metro.

Si consiglia a tutte quelle persone che sono affetti dalle disfuzioni

prima descritte.



179



Finito di stamparenel mese di settembre 2006

presso la “ Italgrafica”di A. Esposito

Via M. Pironti, 1184014 Nocera Inferiore - SA-

Tel. 081 5173651 Fax 081 9205120

Nano Medicina

Documents

Transcript of Nano Medicina