NANOSENSORE BASATO SU NANOPARTICELLE D'ORO PER RILEVAMENTO DI ATP EXTRACELLULARE NEL MICROAMBIENTE TUMORALE

Surgery is the primary treatment for tumors, and although a conservative approach is often used, aiming to minimize the amount of healthy tissue removed, there is still no sensory system capable of directing the surgeon to remove only the tumor mass.  The extracellular environment of solid tumors shows a high concentration of ATP compared to healthy tissue, and it would be very interesting to exploit this peculiarity for the development of a sensing device.  In this project, an attempt was made to develop a fluorescent system for ATP sensing based on gold nanoparticles (AuNPs) previously developed by the Prins group.  Functionalized gold nanoparticles with two different thiols were synthesized: a thiol with a terminal 1,4,7-triazacyclononane group (TACN-Zn2+) and a second thiol with a PEG chain and a terminal fluorophore, L-tryptophan.  Tryptophan has a carboxylate group capable of interacting with TACN-Zn2+ but with lower affinity than ATP.  It has been shown that in the absence of ATP, tryptophan is bound to the surface of the AuNPs and undergoes fluorescence quenching. In an environment where ATP is present tryptophan undergoes displacement by the latter because of the greater affinity of ATP the organic surface of the nanoparticles. Once the fluorophore has been displaced by ATP, tryptophan emits a fluorescent signal.  In addition, enzyme tests have shown that the system is stable in phosphate-rich environments and can manifest a transient signal.  This preliminary study lays the foundation for the development of sensing devices, for clinical applications, and many other applications in the medical field.

La chirurgia rappresenta ancora oggi il primo trattamento nella cura dei tumori e seppur spesso si utilizzi un approccio conservativo, che mira alla minimizzazione della quantità di tessuto sano rimosso, non esistono ancora dei sensori in grado di orientare il chirurgo in modo da eliminare esclusivamente la massa tumorale.  L’ambiente extracellulare dei tumori solidi presenta concentrazioni molto elevate di ATP rispetto ai tessuti sani e sarebbe molto interessante sfruttare questa peculiarità per lo sviluppo di un dispositivo di sensing.  In questo progetto di tesi si è provato a sviluppare un sistema fluorescente basato su nanoparticelle d’ oro (AuNPs) per il rilevamento dell’ATP.  Sono state sintetizzate nanoparticelle di Oro funzionalizzate con due tioli differenti: un tiolo con gruppo terminale 1,4,7-triazaciclononano (TACN-Zn2+) e un secondo tiolo che mostra una catena in PEG e un fluoroforo terminale, L-triptofano.  Il triptofano presenta un gruppo carbossilato capace di interagire con il TACN-Zn2+ ma, con affinità minore rispetto all’ATP.  Si è dimostrato come in assenza di ATP il triptofano sia legato alla superficie delle AuNPs e subisca quenching di fluorescenza, mentre in ambiente in cui è presente ATP subisce un displacement da parte di quest’ultimo, che manifesta una maggiore affinità per la superficie organica delle nanoparticelle. Avvenuto lo spostamento del fluoroforo da parte dell’ATP, il triptofano viene distanziato dal nucleo di oro ed emette un segnale di fluorescenza.  Oltre a questo test con enzimi hanno mostrato come il sistema sia stabile in ambienti ricchi di fosfati e sia in grado di manifestare un segnale transiente.  Questo studio preliminare pone le basi per lo sviluppo di dispositivi per il sensing, trattamenti clinici e molte altre applicazioni in campo medico.