Una nuova frontiera della biologia cellulare e dell’ingegneria dei materiali nasce da una ricerca tutta italiana: per la prima volta è stato sviluppato un metodo capace di rivestire i mitocondri con materiali innovativi senza alterarne la funzione principale, cioè la produzione di energia indispensabile alla vita delle cellule. Il risultato arriva dall’IRCCS Fondazione Istituto Neurologico Carlo Besta (FINCB) e dal Politecnico di Milano, nell’ambito del laboratorio congiunto BraiNs, inaugurato nel 2023. Lo studio, che unisce competenze di biologia mitocondriale, genetica medica, neurogenetica e ingegneria chimica dei materiali, è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica Journal of the American Chemical Society (JACS). La ricerca apre scenari nuovi nello studio delle malattie mitocondriali, patologie spesso rare e complesse, e potrebbe in futuro contribuire allo sviluppo di strategie innovative come il trapianto mitocondriale, una tecnica sperimentale che punta a sostituire o integrare i mitocondri danneggiati con organelli sani.
Mitocondri rivestiti con materiali avanzati: la sfida della ricerca italiana
I mitocondri sono considerati le centrali energetiche delle cellule: attraverso questi piccoli organelli viene prodotta l’energia necessaria per consentire ai tessuti di funzionare correttamente. Quando il loro meccanismo si inceppa possono insorgere diverse patologie, in particolare le malattie mitocondriali, che colpiscono soprattutto gli organi con un elevato consumo energetico come il cervello e i muscoli. Proprio la delicatezza dei mitocondri ha rappresentato per anni uno degli ostacoli principali alla possibilità di modificarne la superficie o proteggerli attraverso materiali esterni. Qualunque intervento esterno deve infatti preservare il complesso equilibrio biologico che permette ai mitocondri di continuare a produrre energia. La nuova ricerca ha affrontato questa sfida utilizzando i Metal-Organic Frameworks (MOF), materiali innovativi caratterizzati da una struttura altamente personalizzabile e adattabile alle diverse applicazioni.
Cosa sono i Metal-Organic Frameworks e perché possono cambiare la medicina del futuro
I MOF, ovvero i Metal-Organic Frameworks, sono materiali composti da nodi metallici collegati attraverso molecole organiche. La loro caratteristica principale è la possibilità di essere progettati e modificati in base all’utilizzo richiesto. Queste proprietà hanno portato i MOF al centro di numerosi ambiti della ricerca scientifica, dalla catalisi alla medicina, fino alle tecnologie ambientali. La loro importanza è stata riconosciuta anche a livello internazionale con il Premio Nobel per la Chimica 2025, assegnato a Susumu Kitagawa, Richard Robson e Omar Yaghi per lo sviluppo dei materiali porosi organometallici. Applicare questi materiali direttamente ai mitocondri, però, rappresentava una sfida estremamente complessa. I ricercatori hanno dovuto individuare un metodo che consentisse di creare un rivestimento efficace senza danneggiare la struttura e le funzioni dell’organello.
Il risultato dello studio: i mitocondri continuano a produrre energia anche dopo il rivestimento
Il gruppo di ricerca ha sviluppato un procedimento innovativo che permette di rivestire direttamente la superficie dei mitocondri con MOF, utilizzando quantità estremamente ridotte di materiale. L’aspetto più significativo della scoperta riguarda la funzionalità degli organelli: anche dopo il trattamento, i mitocondri mantengono la capacità di produrre energia, dimostrando che il rivestimento non compromette il loro ruolo biologico fondamentale. Lo studio è stato realizzato grazie alla collaborazione tra il gruppo di ricerca sulla biologia mitocondriale guidato dalla Dottoressa Valeria Tiranti, della Struttura Complessa di Genetica Medica e Neurogenetica della Fondazione Besta e responsabile del Centro Fondazione Mariani per le Malattie mitocondriali pediatriche, e il gruppo del Professor Pierangelo Metrangolo del Politecnico di Milano, specializzato in ingegneria chimica e dei materiali.
Nuove prospettive per il trapianto mitocondriale e le terapie innovative
La possibilità di modificare il rivestimento dei mitocondri potrebbe aprire nuove strade nella ricerca biomedica. Un materiale progettato con caratteristiche specifiche potrebbe infatti essere utilizzato per attribuire agli organelli nuove proprietà, migliorandone stabilità, protezione o capacità di interazione con le cellule. Il Professor Pierangelo Metrangolo ha spiegato: “la possibilità di modificare il rivestimento apre ora nuove prospettive di ricerca: in futuro si potranno sviluppare MOF con caratteristiche diverse a seconda dell’obiettivo, creando rivestimenti capaci di svolgere funzioni specifiche”. Tra gli scenari futuri allo studio c’è anche il possibile impiego nel trapianto mitocondriale, una strategia sperimentale che mira a trasferire mitocondri sani all’interno di cellule dove quelli presenti non riescono più a svolgere correttamente la loro funzione. “Un rivestimento progettato in modo specifico potrebbe, in prospettiva, favorire questo trasferimento e l’interazione dei mitocondri con le cellule” sottolinea la Dott.ssa Tiranti. Si tratta comunque di una prospettiva ancora nella fase della ricerca sperimentale. Saranno necessari ulteriori studi per verificare se il rivestimento con Metal-Organic Frameworks possa realmente offrire un vantaggio concreto rispetto all’utilizzo di mitocondri non rivestiti nelle applicazioni terapeutiche.
La ricerca nata dal progetto Cal.Hub.Ria finanziato dal Ministero della Salute
Lo studio è stato sviluppato nell’ambito del progetto di dottorato del ricercatore Marco D’Amato, finanziato dal progetto “CALabria HUB per Ricerca Innovativa ed Avanzata (Cal.Hub.Ria)”, attraverso le risorse del Piano Operativo Salute (POS) del Ministero della Salute. La collaborazione tra Fondazione Besta e Politecnico di Milano rappresenta un esempio di integrazione tra discipline diverse: da una parte la conoscenza dei meccanismi alla base delle malattie mitocondriali, dall’altra la capacità di progettare materiali avanzati con caratteristiche personalizzabili. Un approccio multidisciplinare che potrebbe contribuire, nei prossimi anni, allo sviluppo di nuove strategie per affrontare alcune delle patologie più difficili da trattare della medicina moderna.