Gli scienziati dell'Università di Oxford hanno sviluppato una tecnica di misurazione basata sulla luce che potrebbe trasformare la nostra capacità di caratterizzare le biomolecole.

Utilizzando un microscopio che rileva la diffusione della luce anziché la fluorescenza, i ricercatori hanno dimostrato che si possono osservare singole molecole, e la loro massa misurata, in soluzione.

La ricerca, realizzato in collaborazione con istituzioni in Germania, Svezia, Svizzera e Stati Uniti, è riportato sul giornale Scienza .

L'autore senior Professor Philipp Kukura, dal Dipartimento di Chimica di Oxford, ha dichiarato:'Questa ricerca è emersa da un decennio di lavoro che ha coinvolto la realizzazione di un microscopio ottico sempre più sensibile.

"Singole molecole sono state osservate al microscopio ottico dalla fine degli anni '80, ma essenzialmente tutte le tecniche ottiche si basano sulla fluorescenza, che è l'emissione di luce da parte di un materiale dopo essere stato "eccitato" dall'assorbimento di radiazione elettromagnetica. Per quanto immensamente potente sia, non è universale.'

I ricercatori hanno dimostrato per la prima volta l'uso della diffusione della luce per visualizzare singole proteine, biomolecole di pochi nanometri di diametro, nel 2014. Ma è stato solo l'anno scorso che sono stati in grado di migliorare la qualità dell'immagine a sufficienza per competere con la fluorescenza.

Il professor Kukura ha dichiarato:"Abbiamo quindi affrontato la questione se potessimo utilizzare il nostro approccio di visualizzazione per quantificare, piuttosto che limitarsi a rilevare, singole molecole. abbiamo capito, dato che il volume e le proprietà ottiche delle biomolecole scalano direttamente con la massa, che il nostro microscopio dovrebbe essere sensibile alla massa. Questo si è effettivamente rivelato essere il caso, non solo per le proteine, ma anche per le molecole contenenti lipidi e carboidrati.'

È questa generalità che entusiasma gli autori. Il professor Justin Benesch del Dipartimento di Chimica di Oxford, esperto di misure di massa e coautore dell'opera, ha detto:'La bellezza della massa è che è sia una proprietà universale della materia che estremamente diagnostica della molecola in esame. Il nostro approccio è quindi ampiamente applicabile e, a differenza della tradizionale microscopia a singola molecola, non si basa sull'aggiunta di etichette per rendere visibili le molecole.'

I ricercatori affermano che la tecnica, che chiamano spettrometria di massa a dispersione interferometrica (iSCAMS), potrebbe avere applicazioni che vanno dagli studi sulle interazioni proteina-proteina alla scoperta di farmaci e persino alla diagnostica del punto di cura.

Il professor Kukura ha detto:'iSCAMS ha molti vantaggi. Misura la massa con una precisione vicina a quella della spettrometria di massa all'avanguardia, che è costoso e opera nel vuoto, non necessariamente rappresentativo dei sistemi biologici, mentre iSCAMS lo fa solo con un volume molto piccolo di campione e funziona essenzialmente in qualsiasi ambiente acquoso.'

Il professor Benesch ha aggiunto:"Ciò consente molte delle cose che i ricercatori vogliono quantificare:alcune molecole interagiscono e, se si, quanto stretto? Qual è la composizione della proteina in termini di quanti pezzi contiene, e come cresce o cade a pezzi?'

Poiché essenzialmente ogni processo fisiologico e patologico è controllato da interazioni biomolecolari in soluzione, i ricercatori affermano che questa tecnologia ha un impatto potenziale considerevole. Il professor Kukura ha detto:"L'applicabilità universale, combinato con il fatto che gli strumenti sono vicini alle dimensioni della scatola da scarpe, può essere azionato facilmente, e consentire all'utente di vedere le molecole in tempo reale, è tremendamente eccitante.'

Il team sta commercializzando la tecnologia per consentire l'accesso ad altri ricercatori che non sono esperti o che potrebbero non utilizzare nemmeno la microscopia ottica. I ricercatori dicono:"Ha il potenziale, pensiamo, rivoluzionare il modo in cui studiamo le biomolecole e le loro interazioni.'

Il documento "Imaging di massa quantitativa di singole macromolecole biologiche" sarà pubblicato sulla rivista Scienza .