Diario dei Nobel, 2023

I premi Nobel nella Scienza, 2023. Capire il mondo microscopico per la nostra vita macroscopica e un delivery di vaccini

2 Ottobre, 2023

L’Accademia Reale Svedese delle Scienze assegna il Nobel per la Medicina a due scienziati attivi negli Stati Uniti: Katalin Karikó e Drew Weissman.

Katalin, ungherese, lavora ormai da tempo presso l’Università della Pennsylvania, così come il collega Weissman, quasi coetaneo ma Statunitense di nascita. Peccato che la prima abbia avuto un percorso non proprio lineare e facile.

Solitamente il tempo che intercorre tra una scoperta e il Nobel è di parecchi decenni. È vero che anche stavolta si tratta di studi risalenti alla fine del secolo scorso, ma la situazione che ha reso davvero rilevante queste ricerche è stata la recente pandemia da COVID-19. Si legge nella motivazione del premio:

“Per le scoperte relative alle modificazioni nucleosidiche, che hanno permesso lo sviluppo di efficaci vaccini mRNA contro il COVID-19”

L’mRNA è la molecola messaggero (m sta per messenger) che veicola il messaggio contenuto nel DNA ai macchinari cellulari responsabili, i ribosomi. Le istruzioni sono codificate in nucleosidi, i parenti stretti dei nucleotidi del DNA, sequenza di molecole leggermente diverse che nel complesso reca le informazioni per la produzione di proteine.

Storicamente i vaccini antivirali si basano su una versione inattivata o indebolita dell’agente virale, come il pioniere vaccino MRP (contro Morbillo-Parotite-Rosolia). Ricevuto il facsimile, il corpo può produrre gli anticorpi contro quel virus, ma senza sviluppare la malattia. Usare l’mRNA per vaccinare significherebbe dare alle nostre cellule direttamente le istruzioni per produrre delle strutture simili a quelle virali, contro cui costruire poi gli anticorpi. Un meccanismo sicuro e specifico, che però ha tardato a svilupparsi a causa delle modalità di “consegna”.

Come fare senza scatenare ulteriori non desiderate risposte immunitarie?

Tra le varie soluzioni proposte, una delle più valide per modulare la risposta immunitaria, si è rivelata una vescicola lipidica contenente l’mRNA stabilizzato da diverse modifiche nel suo codice. Investigate per altri scopi, hanno poi trovato applicazione nella recente corsa al vaccino contro il COVID-19. Il tutto grazie alla collaborazione di un immunologo e di una esperta nella biochimica dell’RNA, dimostrando ancora una volta quando la scienza sia frutto di complementari capacità e sforzi congiunti e duraturi.

Il mondo dell’infinitamente piccolo con Fisica e Chimica

3 Ottobre, 2023

Il premio per la Fisica è stato invece diviso tra Pierre Agostini, Ferenc Krausz and Anne L’Huillier

“Per metodi sperimentali che generano impulsi di luce ad attosecondi per lo studio della dinamica degli elettroni nella materia“

Gli elettroni infatti si muovono in poche decine di un attosecondo, un trilionesimo di secondo: come è possibile misurare questo intervallo?

Nel 1987, L’Huillier scopre che è possibile creare diversi “sottotoni” (overtones) della luce trasmettendo un laser infrarosso attraverso un gas nobile. Ognuno di questi overtones ha una lunghezza d’onda specifica e in base all’interazione della luce con gli atomi del gas cambia il loro status energetico. Nel 2001 Agostini riesce invece a produrre una serie di impulsi luminosi consecutivi, ognuno della durata di 250 attosecondi. Allo stesso tempo, Krausz isola un singolo impulso luminoso della durata di 650 attosecondi.

A meno di essere distanti nello spazio e nel tempo per una certa soglia infatti, l’essere umano non è in grado di percepire due punti o due suoni come distinti, per esempio. Diventa un tutt’uno nel nostro cervello. Figuriamoci per il mondo infinitamente piccolo, in cui gli elettroni vanno rapidissimi ed è sempre stato impossibile avere una certa risoluzione. Gli unici dati che si raccoglievano erano piuttosto una media della loro posizione. Con gli impulsi nell’ordine degli attosecondi invece è possibile testare i processi interni della materia.

In Chimica invece Brus, Alexei e Ekimov vengono premiati…

“Per la scoperta e lo sviluppo dei quantum dots”

4 Ottobre, 2023

Per quanto suoni comico il nome punti quantici, lo adotteremo qui. Stavolta la scala di questo premio Nobel è il… nanometro, 1 miliardo di volte più piccolo del metro.

Agli inizi degli anni 80, Louis Brus e Alexei Ekimov riescono indipendentemente a creare delle nanoparticelle, così piccole da essere regolate dagli effetti quantici. L’indipendentemente è un triste avverbio, dal momento che è dovuto alla Cortina di ferro tra l’Unione Sovietica e l’Occidente, che impediva persino lo scambio di conoscenze scientifiche. Nel 1993 Bawendi rivoluziona poi i metodi per la loro produzione.

L’osservazione di partenza nasce nel vetro colorato. Ekimov infatti prova ad inserire cloruro di rame nel vetro, a diversi intervalli di riscaldamento. Analisi a raggi x hanno mostrato le diverse piccole strutture formatisi all’interno del vetro, e quale impatto abbia avuto il processo di riscaldamento sulla dimensione di queste particelle dai 2 ai 30 nanometri. Quest´ultima caratteristica influiva poi sul colore del vetro. Quelle più piccole, davano colori diversi e inaspettati. Ecco i primi punti quantici.

Come è riportato nel sito del Nobel, la tavola periodica acquisisce una terza dimensione! Le proprietà ottiche di una sostanza risultano dai suoi elettroni, quindi colore diverso significa una materia diversa. E trova numerose applicazioni nella creazione di luci colorate, perché se illuminati con un certo colore i punti quantici assorbono e cambiano proprietà ottiche utili per gli schemi a QLED (LED-Quantico appunto), così come in alcuni settori di biochimica e medicina.

Adesso non basta nemmeno la definizione “mondo microscopico” per spiegare gli enormi progressi in Fisica e Fhimica. Ma, nonostante la loro apparente invisibilitá si tratta di conoscenze fondamentali in tutte le discipline, medicina inclusa e quindi nella nostra vita pratica. 

Per approfondire (anche Nobel passati)

Il Nobel per la Medicina 2021 ci spiega le sensazioni tattili – Cogito et Volo

Nobel per la Chimica: l’innovazione sotto gli occhi di tutti – Cogito et Volo

Nobel per la Fisica ai sistemi complessi di Manabe, Hasselmann e Parisi – Cogito et Volo