Diagnostics of Alzheimer’s Disease with Label-Free Organic Transistors

IL CONTESTO

La malattia di Alzheimer (Alzheimer’s Disease, AD) è la più comune causa di demenza; solo in Italia ne soffrono circa 600.000 persone, di cui circa 6.000 nella provincia di Modena. A supporto della diagnosi di AD oggi è possibile usare biomarcatori, ovvero indici biologici, che dimostrino la presenza della malattia. Ad oggi, questi biomarcatori possono essere visualizzati solo con costose indagini neurodiagnostiche come la tomografia ad emissione di positroni (PET) o misurati nel liquido cerebrospinale (CSF) dopo suo prelievo mediante puntura lombare. Fra questi biomarcatori quello considerato più specifico per la malattia di Alzheimer è l’aumento dei livelli della proteina tau fosforilata (p-tau) nel CSF. E` stato dimostrato che p-tau aumenta anche nel plasma, e i suoi livelli potrebbero pertanto essere potenzialmente misurati con un semplice prelievo di sangue. Tuttavia, la misurazione di p-tau nel sangue ad oggi non è ancora standardizzata e solo pochi laboratori in Italia e poche decine di centri nell’intera Unione Europea possiedono le costose apparecchiature necessarie a questa misurazione.

LO SCOPO DEL PROGETTO

L’avvento di una tecnologia a basso costo, di facile utilizzo e ad alta sensibilità, che permetta dunque uno screening su larga scala, rappresenterebbe un potenziale punto di svolta nella gestione della malattia di Alzheimer, soprattutto in vista dell’approvazione di terapie che possano rallentarne il decorso. Lo scopo principale del progetto P-DOT, finanziato nell’ambito del Fondo di Ateneo per la Ricerca 2021 dalla Fondazione di Modena, come progetto interdisciplinare Mission Oriented, è lo sviluppo di un biosensore label-free per la rilevazione di p-tau in campioni reali di pazienti affetti da malattia di Alzheimer. Il progetto durerà 18 mesi.

LA TECNOLOGIA

Il biosensore P-DOT sarà basato su architettura EGOT (Electrolyte Gated Organic Transistor). Gli EGOT sono dispositivi elettronici che prevedono l’utilizzo di molecole organiche come materiale attivo e capaci di funzionare in ambiente acquoso: queste caratteristiche, assieme ai bassi voltaggi (< 1 Volt) richiesti per il funzionamento, li rendono ottimi candidati per applicazioni biosensoristiche.

IL TEAM

P-DOT è un progetto altamente interdisciplinare, che prevede competenze che spaziano dalla chimica dei materiali alla bioelettronica fino alla neurologia clinica.

Queste sono le persone coinvolte nel progetto:

	Carlo A. Bortolotti Professore associato di chimica fisica, Dipartimento di Scienze della Vita
	Giovanna Zamboni Professore associato di neurologia, Dipartimento di Scienze Biomediche, Metaboliche e Neuroscienze
	Fabio Biscarini Professore ordinario di chimica generale ed inorganica, Dipartimento di Scienze della Vita
	Roberta Bedin Biologa responsabile del laboratorio di Neuroimmunologia dell’Ospedale di Baggiovara e Tecnica, Dipartimento di Scienze Biomediche, Metaboliche e Neuroscienze
	Najara Iacovino Psicologa, Assegnista di Ricerca
	Pamela Allison Manco Urbina Dottoranda in Molecular and regenerative medicine, Assegnista di Ricerca

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ENGLISH VERSION

THE CONTEXT

Alzheimer’s Disease (AD) is the most common disease causing dementia. In Italy, about 600.000 people live with AD, including about 6000 people in the Province of Modena.

To support AD diagnosis, it is now possible to use biomarkers, which are biological signs that demonstrate the presence of the underlying disease. As of today, AD biomarkers can only be visualized with expensive neurodiagnostic investigations such as positron emission tomography (PET); else, biomarkers can be measured in the cerebrospinal fluid (CSF) following lumbar puncture. Among such AD biomarkers, the increase of phosphorylated tau (p-tau) levels in CSF is considered as the most specific. It has been demonstrated that p-tau increases also in plasma; therefore, its levels might be potentially quantified just using a blood sample. Nevertheless, as of today, measuring p-tau levels in blood is not yet a standardized procedure, and only a few labs in Italy (and a few tens in the whole EU) possess the expensive equipment required to perform this test.

THE PROJECT GOAL

A cost-effective technology, allowing for a large scale screening and characterized by ease of use and high sensitivity would represent a breakthrough in AD diagnosis. The final goal of the P-DOT project, funded within “Fondo di Ateneo per la Ricerca 2021” by Fondazione di Modena as a Mission Oriented interdisciplinary project, is the development of a label-free biosensor for detecting p-tau in real samples from AD patients. The project will last 18 months.

THE TECHNOLOGY

The P-DOT biosensor will be based on the EGOT (Electrolyte Gated Organic Transistor) architecture. EGOTs are electronic devices that feature organic molecules as active material and work in aqueous environment. These features, together with the low voltage (< 1 V) required, make them excellent candidates for biosensing applications.

THE TEAM

P-DOT is a highly interdisciplinary project, involving expertise spanning from materials chemistry to bioelectronics and clinical neurology. These are the people in the P-DOT team:

-Carlo A. Bortolotti

Associate Professor of Physical Chemistry, Department of Life Sciences

-Giovanna Zamboni

Associate Professor of Neurology, Department of Biomedical Metabolic and Neural Sciences.

-Fabio Biscarini

Full Professor of General and Inorganic Chemistry, Department of Life Sciences

-Roberta Bedin

Biologist in charge of the Neuroimmunology Laboratory at Baggiovara Hospital and Technician, Department of Biomedical Metabolic and Neural Sciences.

-Najara Iacovino

Psychologist, Research Fellow

-Pamela Allison Manco Urbina

PhD student in Molecular and regenerative medicine, Research Fellow