• terapia
• photothermal
• nanorods

Abstract
Nell'ultimo decennio le nanostrutture di metalli nobili sono state oggetto
di un crescente interesse dovuto alle loro proprieta uniche. In particolare, il
fenomeno chiamato risonanza plasmonica superciale localizzata (Localized
Surface Plasmon Resonance, LSPR), che è particolarmente accentuato in na-
nostrutture di metalli nobili (oro e argento), produce signicative modiche
delle proprieta di interazione con la radiazione elettromagnetica, portando a
un incremento (anche di diversi ordini di grandezza) delle sezioni d'urto di as-
sorbimento e scattering della luce in corrispondenza di determinati intervalli
spettrali nel visibile o nel vicino infrarosso.
Oltre che in numerosi altri settori, la disponibilita di nanostrutture dotate
di LSPR ha avuto un grande impatto nella nanomedicina, soprattutto in am-
bito oncologico, dove l'idea di base e quella di sfruttare le speciche proprieta
ottiche in tecniche per l'imaging e per la terapia fototermica. Quest'ultima,
in particolare, stimola grande interesse per il trattamento di alcuni tumori,
per esempio quelli epiteliali, situati a breve profondita rispetto alla pelle. Es-
sa sfrutta l'assorbimento risonante di radiazione indotto dalle nanostrutture
per provocare il riscaldamento locale (fotoablazione) e la distruzione delle
cellule tumorali.
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Questo lavoro di tesi, sviluppato in collaborazione con l'Istituto Italiano
di Tecnologia (IIT) di Genova e il Dipartimento di Biologia dell'Universita
di Pisa consiste in un esperimento di fotoablazione di nanorods di oro (Gold
NanoRods, GNRs), eettuato su delle cavie di Zebrash tumorate con cellule
di tumore umano mammario. A dierenza di altri precedenti, lavori, la fo-
toablazione e condotta con radiazione laser continua focalizzata e indirizzata
in regioni speciche con un sistema di controllo a tre direzioni indipendente
da quello di imaging.
Le cellule tumorali esprimono l'over-espressione del recettore Her2 e sono
legate a un
uoroforo (Alexa
uor 555, derivato del TRITC), avente una
banda di assorbimento con un massimo nella lunghezza d'onda del verde, e
un massimo della banda di emissione nel rosso. L'uso del
uoroforo consente
di localizzare le cellule tumorali attraverso emissione di
uorescenza.
La LSPR risulta altamente sensibile alla natura dell'interfaccia con l'am-
biente circostante, e alla forma e dimensioni delle nanostrutture. La posizione
spettrale della risonanza puo dunque essere spostata alle lunghezze d'onda di
interesse, che in questo contesto sono quelle relativamente poco assorbite dal-
l'acqua, e dunque dai tessuti. I GNRs utilizzati, di provenienza commerciale,
presentano una risonanza attorno a 780 nm, come evidenziato da misure
ottiche preliminari svolte presso IIT. Per consentirne il posizionamento nel-
la massa tumorale, essi sono funzionalizzati con un anticorpo monoclonale
(anti-Her-2) in grado di riconoscere e legarsi al recettore posto sulla mem-
brana citoplasmatica cellulare, attraverso una specica procedura sviluppata
presso il Dipartimento di Biologia.
In sostanza, le diverse fasi dell'esperimento prevedono: (i) l'individuazio-
ne delle cellule tumorali all'interno di specici organi della cavia attraverso
imaging di
uorescenza; (ii) l'esposizione alla sorgente laser di fotoablazio-
ne in posizioni predeterminate e con dosi di energia variabili; (iii) la ve-
rica dell'eetto di fotoablazione tramite imaging di
uorescenza a tempi
successivi.
La realizzazione dell'esperimento ha comportato la messa a punto di uno
specico apparato sperimentale basato su un microscopio ottico invertito
Nikon Ti-Eclipse. Il microscopio, normalmente impiegato per altri scopi, e
stato equipaggiato con fotocamere C-MOS e una sorgente di illuminazione
LED a luce \bianca" per la visualizzazione degli organi. Inoltre sono stati
adattati al microscopio e testati diversi sistemi per l'imaging di
uorescenza
in congurazione EPI (in rif
essione), basati sia sulla congurazione standard
della luce \bianca" ltrata spettralmente, che sull'impiego di una sorgente
laser a 561 nm, opportunamente defocalizzata secondo le indicazioni di una
specica simulazione analitica. Inoltre e stato sviluppato e caratterizzato,
mediante misure di potenza e distribuzione spaziale, il sistema per l'invio
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controllato della radiazione di fotoablazione a 780 nm. A questo scopo e stato
usato un laser a diodo accoppiato a una bra ottica monomodo terminata
con un obiettivo asferico a piccola distanza focale, montato su un traslatore
micrometrico a tre direzioni, necessario per il posizionamento sulla regione
di interesse.
L'esperimento è stato condotto su diverse cavie opportunamente ssate
a vetrini porta-oggetto messi a punto per questa tesi. Il confronto tra le
immagini di
uorescenza prima e dopo l'esposizione alla radiazione di fotoa-
blazione, analizzate mediante diverse tecniche di trattamento immagini, ha
mostrato in alcuni casi risultati incoraggianti per l'ulteriore sviluppo della
tecnica. Tuttavia, pur in questa fase preliminare, l'esperimento ha mostrato
alcuni limiti dovuti alla impossibilità di localizzare i GNRs con una risolu-
zione spaziale paragonabile alle dimensioni dello spot focale (circa 15 m).
Sulla base dei risultati di questa tesi si prevede di modicare la procedura
di funzionalizzazione dei GNRs in modo da integrare un ulteriore
fluoroforo,
con assorbimento nel blu ed emissione nel verde, da usare come marker per
la localizzazione delle regioni maggiormente dense di GNRs.