Rilevazione di biomolecole, come i lipidi, proteine, e gli acidi nucleici e le loro interazioni in campioni biologici eterogenei è fondamentale per comprendere una moltitudine di meccanismi biologici nella salute e nella malattia. Ad esempio, la segnalazione e il trasporto molecolare nelle cellule sono regolati dall'associazione e dall'inserimento di proteine ​​con la membrana lipidica cellulare. Però, le attuali tecniche label-free faticano a differenziare l'inserimento delle proteine, processi di rilascio chimico e distruzione della membrana, costringendo così gli sperimentali a fare affidamento su più tecniche che di solito richiedono impostazioni sperimentali diverse. È quindi essenziale sviluppare nuovi biosensori con elevata sensibilità e selettività in grado di sfruttare la firma chimica di diverse specie biomolecolari per consentire lo studio di complesse interazioni multi-analita.

In uno studio pubblicato su Comunicazioni sulla natura , i ricercatori dell'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (Svizzera) e i loro colleghi statunitensi introducono un biosensore nel medio infrarosso basato su una nuova metasuperficie multi-risonante, quale, per la prima volta, è in grado di distinguere più analiti in campioni biologici eterogenei in modo non distruttivo, in tempo reale e con elevata sensibilità. Il nuovo sensore raggiunge questo obiettivo accedendo alle distinte informazioni chimiche sulle impronte digitali delle proteine, lipidi, peptidi, o altro biochimico e consente il monitoraggio simultaneo e indipendente delle loro dinamiche di interazione. In particolare, lo studio mostra che il sensore può risolvere spettroscopicamente l'interazione delle membrane lipidiche biomimetiche con diversi peptidi, nonché la dinamica del rilascio del carico vescicolare. Questi sono processi di conservazione della massa biologicamente importanti che sono inaccessibili alle tecniche standard senza etichetta, indipendentemente dalla loro sensibilità.

Sorprendentemente, il sensore può risolvere l'interazione delle membrane lipidiche con un peptide tossico che forma i pori come la melittina, sia in membrane supportate che in vescicole legate alla superficie caricate con molecole di neurotrasmettitori. Lo studio mostra il monitoraggio della rottura della membrana indotta dalla melittina e il rilascio del carico di neurotrasmettitori da tali imitazioni di vescicole sinaptiche in tempo reale, con sensibilità monostrato, e senza etichetta. Questi importanti esperimenti di proof of concept aprono la strada all'applicazione di questi biosensori per studiare i meccanismi molecolari alla base di importanti processi che sono stati collegati alle malattie umane, tale formazione di pori e distruzione della membrana indotta dall'aggregazione proteica in malattie neurodegenerative come il morbo di Alzheimer e il morbo di Parkinson.

Il nuovo biosensore rappresenta un potente strumento per la differenziazione, identificazione e indagine simultanea delle interazioni tra diverse specie biologiche in campioni complessi, che affronta le evidenti carenze delle attuali tecniche label-free. Per di più, può essere implementato per analizzare una moltitudine di sistemi biologici multi-analita, aprendo entusiasmanti vie di applicazione in diversi campi che vanno dalla biologia fondamentale allo sviluppo di farmaci farmaceutici.