Pandemie, un sensore a grafene per intercettare i virus

Tre quarti delle malattie infettive emergenti nascono negli animali e saltano all’uomo. Influenza aviaria, Sars, Ebola, Nipah: ogni volta il copione è lo stesso, un virus circola in un allevamento o in una popolazione selvatica, accumula mutazioni e trova la porta giusta per entrare nelle cellule umane. Quando la trova, spesso è già troppo tardi per contenerne la diffusione.

È per spezzare questa catena che un consorzio europeo di sette istituzioni sta sviluppando Flufet, un biosensore a grafene capace di rilevare virus negli allevamenti in tempo reale, in modo automatico, prima che il patogeno trovi la strada verso l’uomo. Il progetto, finanziato dall’Unione Europea nell’ambito del programma Eic Pathfinder, è coordinato dal gruppo NanoSelf dell’Università della Coruña e riunisce allo stesso tavolo chimici, ingegneri dei materiali, esperti di microfluidica, produttori di chip e virologi.

Tra i partner c’è l’Icgeb di Trieste, che porta la competenza virologica. Il laboratorio di Virologia Molecolare, diretto da Alessandro Marcello, è rappresentato nel progetto da Tea Carletti, responsabile diretta della parte che riguarda l’istituto: è stata lei a presentare, nel giugno 2025, i primi dati del progetto al Keystone Symposia di Ginevra, conferenza internazionale di riferimento sulla preparazione alle pandemie.

Il dispositivo si basa su chip di grafene – foglio di carbonio dello spessore di un atomo, con proprietà elettriche eccezionali – sui quali vengono immobilizzate due categorie di molecole: recettori cellulari umani e anticorpi. La logica è biologica prima che tecnologica. I virus entrano nelle cellule agganciandosi a recettori specifici sulla loro superficie, spiega Marcello, e questi recettori sono un numero limitato. Mettendoli sul chip, il sensore imita il meccanismo reale: se un virus è presente nel campione, si lega al recettore come farebbe nell’organismo, modifica la conduttività del grafene e genera un segnale elettrico misurabile in tempo reale. Ma la vera novità sta nella doppia lettura. Accanto ai recettori lavorano anche anticorpi diretti contro virus specifici, e i due segnali si integrano in modo complementare. «Alcune famiglie di virus condividono lo stesso recettore», precisa Marcello. «Un anticorpo ti dice quale virus di quella famiglia è presente».

Lo scorso aprile il chip ha incontrato un virus vero. Davide Campagnol, ricercatore della Coruña, ha trascorso una settimana al laboratorio dell’Icgeb per esperimenti congiunti. Grazie alla struttura di biocontenimento Bsl3 dell’istituto, è stato possibile esporre i chip al Sars-Cov-2 isolato in laboratorio e diluito in una matrice acquosa, per misurarne la sensibilità.

«La sensibilità è molto alta: riesce a identificare la presenza di un numero molto ridotto di particelle virali», riferisce Marcello. «Ma il sistema è ancora un po’ instabile. Bisogna lavorare ancora sulla chimica». Manca ancora un anno e mezzo al termine del progetto: l’obiettivo dichiarato è raggiungere almeno un prototipo dimostrativo. La sfida più ambiziosa – rilevare un virus mai visto prima – resta aperta, e Marcello non la aggira. «Un virus ha bisogno di un recettore per infettare le cellule», ragiona Marcello. «Se avessimo sulla superficie tutti i recettori principali, potremmo attribuire ogni nuovo patogeno a una famiglia nota».

In teoria è possibile costruire una matrice molto ampia, ma c’è un vincolo concreto: la capacità del chip di alloggiare recettori e anticorpi non è illimitata, e prima di pensare alla copertura universale bisogna dimostrare che la chimica regge su quelli già selezionati. «Stiamo parlando di uno scenario futuristico», aggiunge con franchezza Marcello. L’obiettivo immediato è più circoscritto ma non meno rilevante: intercettare i patogeni noti ad alto rischio zoonotico direttamente alla fonte, nell’allevamento, prima che trovino la strada verso l’uomo.