Novel nanophotonic biosensors, wearable sensors and molecular probes for live bioimaging: high-affinity monoclonal antibodies and other emerging technologies for diagnostics and therapeutics

Nell’ambito del Flagship Project FP7 dell’iniziativa Rome Technopole, finanziata tramite fondi PNRR, opera presso Sapienza Università di Roma la linea di ricerca di tipo fisico ed ingegneristico denominata Novel nanophotonic biosensors, wearable sensors and molecular probes for live bioimaging: high-affinity monoclonal antibodies and other emerging technologies for diagnostics and therapeutics. La linea si sviluppa lungo tre filoni principali: biosensori nanofotonici, sonde per chirurgia radioguidata e sensori indossabili.

La rilevazione di biomarcatori in fluidi corporei consente strategie diagnostiche e terapeutiche più accurate. I biomarcatori d’interesse sono DNA tumorale circolante, miRNA, proteine, enzimi, metaboliti e cellule tumorali circolanti. Lo sviluppo di nuove tecnologie di biosensing è anche una soluzione concreta alle esigenze della biotecnologia e della biofarmaceutica. La piattaforma nanofotonica che si sta sviluppando in FP7 è costituita da uno strumento di lettura e biochip monouso in plastica basati su cristalli nanofotonici che sostengono onde superficiali di Bloch. La superficie dei biochip viene bioconjugata con sonde molecolari che catturano selettivamente I biomarcatori in campioni di fluido corporeo. La rivelazione dei biomarcatori catturati avviene in due modalità, label-free e fluorescenza. Le attività sono svolte in stretta collaborazione con i partner accademici e industriali di FP7.

Nel contesto dei sensori indossabili nel primo anno di progetto è stato realizzato un primo prototipo di hub multi-sensore portatile, progettato per essere configurato in base alle specifiche esigenze dei soggetti fragili. Il dispositivo rappresenta un passo avanti nella personalizzazione delle soluzioni sanitarie, consentendo un monitoraggio più mirato e adattabile alle varie condizioni di fragilità. Sono in corso rigorosi test per garantire una corretta caratterizzazione metrologica del dispositivo. Nel futuro, si implementeranno tecniche di machine learning e intelligenza artificiale per sviluppare modelli predittivi e sistemi di allerta. Tale evoluzione consentirà una gestione proattiva delle condizioni di salute, migliorando ulteriormente la qualità della cura offerta ai soggetti fragili.

La chirurgia radioguidata è una tecnica di medicina nucleare che aiuta il chirurgo nell’asportazione di residui tumorali. Essa sfrutta un farmaco radioattivo che si accumula preferenzialmente sulle cellule tumorali. Mediante l’uso di particolari sonde biocompatibili è possibile identificare nel corpo del paziente zone caratterizzate da una forte emissione di particelle elementari e quindi da un’alta concentrazione di radio-farmaco. La nostra ricerca punta a sviluppare una nuova generazione di sonde basate su dispositivi a stato solido (analoghe ai sensori delle moderne fotocamere) che permettano la rilevazione di particelle sempre meno energetiche e di estenderla a classi di radio-farmaci che raggiungono un numero maggiore di tipologie di tumore. L’ampliamento della tecnica può infine essere conseguito tramite lo sviluppo di nuovi radio-farmaci, in particolare legati ad anticorpi monoclonali.