Il progetto BioSurfENE si propone di sviluppare dei materiali a base di grafene ottimizzati per applicazioni biomediche. La caratteristica essenziale di questi materiali risiede nella possibilità di essere ottenuti modulando finemente il grado di ossidazione dell'ossido di grafene (GO) di partenza, sia dal punto di vista quantitativo che qualitativo. Infatti, il progetto si articola nello studio dell'ottimizzazione di tecniche sintetiche di tipo chimico ed elettrochimico mirate a mantenere selettivamente in vita solo alcuni dei gruppi funzionali ossigenati inizialmente presenti sulla superficie e ai bordi del GO, e parallelamente nell'applicazione delle tecniche più adatte per la caratterizzazione e la comprensione dei fenomeni alla base dei processi di riduzione. Tali tecniche, a nostra disposizione, sono state scelte tra le più adatte per ottenere sia un'elevata sensibilità alla chimica e alla morfologia di superficie (XPS, AFM) che una risposta dal bulk del materiale (Raman, elettrochimica). Esse saranno coadiuvate dalla modellizzazione teorica dei sistemi investigati, condotta con gli strumenti computazionali più avanzati, allo scopo di individuare meccanismi di reazione compatibili con i dati osservati sperimentalmente. L'obiettivo finale del progetto risulterà, nelle nostre intenzioni, la produzione di materiali biocompatibili costituiti da superfici cristalline di silicio idrogenato ricoperte da un film nanometrico di GO a grado di ossidazione modulato e controllato. Tali superfici potranno ulteriormente essere sottoposte a test biologici, in collaborazione con altre università.
Le ricerche nel settore dell'esplorazione delle proprietà del grafene per un suo miglior utilizzo in campo biomedico sono ancora al loro inizio, con molti dati promettenti e con vari fronti aperti, sia in ricerca di base che applicata. Il panorama italiano, al riguardo, può vantare la presenza di ricercatori di risonanza mondiale, quale il prof. Maurizio Prato (tra i responsabili della Division "Health, Medicine and Sensors" della Graphene Flagship), per il mondo accademico, nonché di specialisti famosi negli enti di ricerca quali il Dr. Vittorio Pellegrini, IIT, leader della Division "Energy, Composites and Production", della Graphene Flagship. È molto importante estendere queste eccellenze localizzate in una più ampia rete europea, estendendo, ad esempio, la partecipazione anche della Sapienza alla Graphene Flagship europea, dalla quale al momento è assente come ente.
Con la pubblicazione che abbiamo prodotto quest'anno sulla prestigiosa rivista Chemical Communications, accettata con giudizi assai lusinghieri e riportata in elenco, abbiamo individuato per la prima volta un sistema molecolare da far interagire con l'ossido di grafene non solo per un suo ancoraggio chimico, ma anche perché in grado di modificare preliminarmente il substrato e di aderirvi stabilmente, conservando proprietà di rilievo per l'utilizzo del sistema risultante. A questo studio siamo approdati attraverso le ricerche preliminari da noi condotte in collaborazioni internazionali, riportate nell'elenco dei lavori.
Con questo progetto intendiamo sviluppare quanto appena fatto, esplorando un campo ancora agli albori: saper modulare in modo continuo lo stato chimico di un substrato a basso costo, biocompatibile e altamente reperibile -qual è l'ossido di grafene- per fargli raggiungere una forma finale che permetta la migliore espressione del materiale biologico e chimico che si vuole far veicolare in fluidi biologici.
Abbiamo individuato come raggiungere, in linea di principio, tale modulabilità e come verificarla, sia con test chimici che con prove biomediche. Tale progetto è iniziato da circa un anno in collaborazione con l'Università Cattolica del Sacro Cuore di Roma (prof. M. Papi e collaboratori) e ha impegnato specialisti in settori complementari. La massa critica di esperienze così organizzate può ora operare con le giuste risorse di personale e di strumentazione.
Sottolineiamo che la tematica scelta corrisponde ai criteri che un progetto di rilievo deve avere:
1. Novità. La letteratura al riguardo della modulabilità dell'ossido di grafene per il trasporto di molecole attive è assai limitata e poco rappresentata in Italia;
2. Rilevanza. Ci si aspetta che un progresso in ricerca nel campo dell'individuazione di substrati ingegnerizzati per un'interazione ottimale di farmaci con sistemi biologici possa avere delle conseguenze di rilievo nella qualità e nell'aspettativa di vita.
3. Interesse generale. I campi di ricaduta delle ricerche che intendiamo portare avanti sono numerosi, visto che una scelta opportuna di materiali+farmaci da portare in circolo in un organismo vivente può significare la prospettiva di un nuovo protocollo di cura.