Realizzazione, caratterizzazione ed applicazione in misure di radiobiologia di biosensori in diamante

La radiobiologia è la scienza medica che studia l’effetto indotto dalle radiazioni ionizzanti su cellule, tessuti biologici e organismi viventi e il meccanismo coinvolto. Storicamente, il paradigma della radiobiologia era che gli effetti biologici indotti dalle radiazioni ionizzanti interessassero esclusivamente il nucleo delle cellule attraversate dalle particelle e che tutti gli effetti successivi, come la morte o la disfunzione cellulare, fossero strettamente correlati al DNA non riparato o riparato in modo errato. Nella concezione moderna l’importanza delle conseguenze secondarie, come gli effetti spettatori e abscopali, è aumentata a causa dei numerosi studi che evidenziano questi fenomeni. Quest’ultimi sono stati posti al centro di nuove ricerche e approcci scientifici, proprio a causa della mancanza della completa comprensione dei meccanismi su cui sono basati. Un esempio specifico riguarda la recente osservazione di un aumento di rilascio di molecole (esocitosi) da cellule dopaminergiche, durante la loro esposizione ai Raggi X. La descrizione completa dell’interazione tra radiazioni ionizzanti e sistemi viventi è di fondamentale importanza ma ancora in gran parte inesplorata a causa delle difficoltà tecnologiche. L’obiettivo, dunque, di questa tesi sperimentale è quello di sviluppare dei sensori in diamante per monitorare la loro secrezione e di impiegarli in esperimenti di radiobiologia volti all’identificazione degli effetti indotti su cellule dopaminergiche dall’esposizione a basse dosi. Per ottenere la descrizione di tali fenomeni, sono stati sviluppati dei biosensori in diamante artificiale con multi-elettrodi grafitici, impiegati nello specifico per il monitoraggio dell’attività cellulare. È stato scelto questo specifico materiale perché presenta proprietà ottimali per l’applicazione nella biosensoristica, in quanto chimicamente inerte e con una buona biocompatibilità. La peculiarità principale del diamante artificiale è però quella di essere un materiale con proprietà elettriche modificabili tramite litografia ionica, attraverso cui sono stati realizzati i canali grafitici al suo interno. Questi elettrodi convergono verso il centro del campione dove le estremità sono esposte alla superficie e, quindi, direttamente poste a contatto con le celle piastrate su di essa. Per questo tipo di sperimentazione è stata scelta la linea cellulare tumorale chiamata PC12, derivante dal midollo surrenale del ratto e utilizzata come modello neuronale. Attraverso la tecnica dell’amperometria è stata misurata la secrezione cellulare di molecole ossidabili sul campione durante l’esocitosi, in quanto durante tale processo si producono dei segnali elettrici con una specifica forma.