Ilaria Rosella Pagliaro Sensore ottico con CRISPR rileva biomarcatori tumorali nel sangue a livelli record, anticipando diagnosi oncologiche rispetto a TAC e risonanze.
La sfida più grande dell’oncologia contemporanea resta invariata: individuare il tumore prima che si manifesti, scovarlo quando ancora non provoca alcun disturbo, quando sfugge agli strumenti diagnostici convenzionali e quando le chance di guarigione sono significativamente superiori. Identificare precocemente una neoplasia rappresenta il vero punto di svolta capace di modificare radicalmente il percorso di milioni di individui, ma nelle sue prime fasi la malattia si comporta con un’astuzia quasi fantasma.
Nel flusso sanguigno si nascondono segnali microscopici, frammenti di codice genetico denominati microRNA (miRNA), che costituiscono una specie di impronta digitale molecolare della patologia. La difficoltà principale risiede nel fatto che questi elementi sono talmente diluiti da risultare quasi invisibili persino alle metodologie più sofisticate oggi disponibili. Riconoscerli somiglia al tentativo di percepire un bisbiglio nel caos sonoro di una piazza affollata.
Proprio in questo scenario si inserisce una tecnologia che fino a tempi recenti collegavamo prevalentemente alla manipolazione genomica: CRISPR. Un team di studiosi della Shenzhen University ha riconvertito le famose “forbici molecolari” in uno strumento completamente differente, un rilevatore di accuratezza straordinaria in grado di identificare marcatori oncologici a livelli che rasentano i confini teorici della misurazione.
Indice
Precisione ai limiti del possibile
Il parametro che impressiona immediatamente riguarda la soglia di rilevamento ottenuta dal dispositivo innovativo: 168 zeptomolari. Per tradurre questo valore in termini comprensibili, parliamo di una precisione comparabile a quella richiesta per localizzare un solo cristallo di saccarosio sciolto nell’intero volume d’acqua dei Grandi Laghi americani. Un livello che sfiora i confini della fisica molecolare.
Il cuore di questa scoperta consiste in un meccanismo elaborato che fonde nanotecnologia, processi biochimici e ottica di frontiera. Il rilevatore si basa su un fenomeno chiamato Second-Harmonic Generation (SHG), un processo nel quale due fotoni si fondono producendo un singolo fotone con energia raddoppiata quando interagiscono con specifici materiali. Questa caratteristica consente di osservare con estrema accuratezza anche minime modifiche sulla superficie di un substrato.
Gli scienziati hanno adottato il disolfuro di molibdeno (MoS₂), un composto bidimensionale affine al grafene, come base per la reazione. La sua architettura ultrasottile lo rende eccezionalmente reattivo, ma necessita di un’amplificazione del segnale. Per ottenerla, il gruppo ha impiegato la metodologia del DNA origami, assemblando minuscole architetture molecolari su dimensioni nanometriche. Su queste costruzioni vengono collocati dei quantum dots, particelle infinitesimali capaci di intensificare il segnale ottico mantenendo una distanza perfettamente controllata dalla superficie del rilevatore.
A questo stadio interviene CRISPR, in un ruolo completamente inedito.
CRISPR come interruttore strutturale: il rilevatore che si oscura
Il dispositivo impiega CRISPR-Cas12a, ma non per alterare il DNA. In questa applicazione opera come un commutatore architetturale. Il rilevatore viene messo a contatto con il campione ematico del paziente e, qualora sia presente un particolare biomarcatore neoplastico, il miRNA-21, l’enzima lo identifica innescando una reazione che determina il distacco dei quantum dots.
Il risultato appare straordinario: il segnale luminoso diminuisce. Mentre numerosi dispositivi si illuminano quando rilevano il target, questo sistema compie l’inverso. Si spegne. È precisamente la riduzione della luminosità a consentire agli studiosi di quantificare con esattezza la concentrazione di RNA neoplastico presente nel campione.
Il concetto è tanto raffinato quanto efficace: interpretare il buio generato da una particella che si distacca per rivelare la presenza della neoplasia.
Validazione clinica su campioni autentici: raffronto con la PCR
Numerose innovazioni restano confinati nell’ambito teorico. In questa circostanza, il gruppo ha verificato il rilevatore su campioni clinici autentici, esaminando il sangue di dieci individui affetti da carcinoma polmonare e cinque soggetti in salute.
Il raffronto è stato eseguito con l’attuale riferimento diagnostico, la RT-qPCR (Reverse Transcription Quantitative Polymerase Chain Reaction). Gli esiti hanno mostrato una differenza sostanziale. La PCR evidenziava oscillazioni di segnale comprese tra lo 0,36% e l’8,64% tra individui sani e patologici, mentre il nuovo rilevatore basato su SHG registrava oscillazioni decisamente più pronunciate, dall’11% al 54%.
In contesto diagnostico questo implica un’unica cosa: maggiore definizione. Un segnale più marcato abbatte l’incertezza, limita la necessità di ripetizioni analitiche e può contribuire a ridurre l’ansia associata a risultati dubbi. Inoltre, trattandosi di un semplice esame ematico, il sistema potrebbe diminuire il ricorso a biopsie invasive e traumatiche.
Una piattaforma adattabile per molteplici patologie
Uno degli elementi più affascinanti concerne la riprogrammabilità del sistema. Il DNA origami può essere riconfigurato e, modificando l’RNA guida del complesso CRISPR, lo stesso dispositivo potrebbe essere calibrato per riconoscere biomarcatori associati ad Alzheimer, patologie infettive o disturbi cardiovascolari, senza modificare l’hardware fisico.
Si delinea così la prospettiva di una piattaforma diagnostica adattabile, capace di trasformarsi per diverse condizioni cliniche mediante una semplice riprogrammazione molecolare.
Ci troviamo ancora nella fase di sperimentazione e convalida, ma l’ipotesi che un semplice esame ematico possa svelare la presenza di una neoplasia prima che emerga in una TAC o in una risonanza magnetica costituisce un mutamento radicale nella nostra concezione della prevenzione oncologica. Significa trasferire l’attenzione dalla terapia alla vera intercettazione della patologia, offrendo una possibilità tangibile di agire quando il cancro è ancora asintomatico.
Fonte: Optica
