Gli scienziati dell’EPFL hanno sviluppato una tecnica innovativa che utilizza la luce per manipolare e identificare i batteriofagi senza bisogno di marcatori chimici o biorecettori. Questa tecnica potrebbe accelerare e rivoluzionare le terapie con i fagi che possono trattare le infezioni batteriche resistenti agli antibiotici.
Con la resistenza agli antibiotici che rappresenta una minaccia formidabile per la nostra salute, gli scienziati sono costantemente alla ricerca di nuovi modi per trattare le infezioni batteriche. Con un numero crescente di ceppi batterici che ostacolano i farmaci di cui ci fidiamo da decenni, una soluzione alternativa potrebbe essere trovata nei batteriofagi, virus che attaccano i batteri.
La fagoterapia, ovvero l’uso di batteriofagi per combattere le infezioni batteriche, sta guadagnando appeal come valida alternativa agli antibiotici tradizionali. Ma c’è un problema: trovare il fago giusto per una determinata infezione è come cercare un ago in un pagliaio, mentre i metodi attuali comportano colture noiose e lunghe prove.
Recentemente, gli scienziati dell’EPFL, in collaborazione con il CEA di Grenoble e il Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV), hanno sviluppato nano-chip in grado di intrappolare e manipolare batteri e virioni (la forma infettiva di un virus) utilizzando una potenza ottica minima. Lo studio, guidato da Nicolas Villa ed Enrico Tartari del team di Romuald Houdré all’EPFL, è stato pubblicato sulla rivista Small.
Le nanopinze sono una sorta di "pinzette ottiche". Utilizzano un raggio laser altamente focalizzato per trattenere e manipolare oggetti microscopici (ad esempio virioni) e persino submicroscopici come gli atomi in tre dimensioni. La luce crea un gradiente di forza che attrae le particelle verso un punto focale ad alta intensità, tenendole effettivamente in posizione senza contatto fisico.
Le pinzette ottiche sono state inventate nel 1986 dal fisico Arthur Ashkin, che ne aveva sviluppato i principi alla fine degli anni Sessanta. L’innovazione tecnologica di Ashkin gli è valsa il Premio Nobel per la Fisica nel 2018. Le pinzette ottiche rimangono un’area di intensa ricerca.
Esistono diversi tipi di pinzette ottiche. Ad esempio, le pinzette ottiche free-space possono manipolare un oggetto in un ambiente aperto come l’aria o il liquido, senza barriere fisiche o strutture di guida della luce. In questo studio, invece, i ricercatori hanno creato delle nanopinze integrate in un dispositivo optofluidico dotato di tecnologie ottiche e fluidiche su un unico chip.
Il chip è dotato di cavità di cristallo fotonico basate sul silicio - le nanopin, che sono essenzialmente piccole trappole che spingono delicatamente i fagi in posizione utilizzando un campo di forza generato dalla luce. Il sistema ha permesso ai ricercatori di controllare con precisione batteri e virioni e di ottenere informazioni in tempo reale sui microrganismi intrappolati.
Ciò che distingue questo approccio è la possibilità di distinguere i diversi tipi di fagi senza utilizzare marcatori chimici o biorecettori di superficie, che possono richiedere molto tempo e talvolta essere inefficaci. Invece, le nanopine distinguono i fagi "leggendo" i cambiamenti unici che ogni particella provoca nelle proprietà della luce. Il metodo senza etichette accelera notevolmente la selezione dei fagi terapeutici, promettendo tempi più brevi per i potenziali trattamenti con i fagi.
Questa ricerca ha implicazioni anche al di là della terapia fagica. La capacità di manipolare e studiare i virioni in tempo reale apre nuove strade alla ricerca microbiologica, fornendo agli scienziati un potente strumento per test e sperimentazioni rapide. Questo potrebbe portare a una migliore comprensione dei virus e delle loro interazioni con gli ospiti, un aspetto prezioso nella lotta continua contro le malattie infettive.
Riferimenti
Nicolas Villa, Enrico Tartari, Simon Glicenstein, Hugues de Villiers de la Noue, Emmanuel Picard, Pierre R. Marcoux, Marc Zelsmann, Grégory Resch, Emmanuel Hadji, Romuald Houdré. Trappola ottica e discriminazione rapida di batteriofagi privi di etichetta a livello di singolo virione. Piccolo 28 gennaio 2024. DOI: 10.1002/smll.202308814
