Nel 2008, un contaminante ha eluso le garanzie di qualità nell'industria farmaceutica e si è infiltrato in gran parte della fornitura del popolare anticoagulante eparina, ammalando centinaia e uccidendone circa 100 negli Stati Uniti

Ci è voluto un team di ricercatori guidati dalla Food and Drug Administration degli Stati Uniti per confermare il contaminante, una tossina strutturalmente simile all'eparina che è stata fatta risalire a un fornitore cinese. Ma il rilevamento dell'impurità ha richiesto "uno sforzo tremendo da parte dei grandi battitori del mondo della chimica, "ha detto Jason Dwyer, professore associato di chimica all'Università del Rhode Island.

Dopo quasi otto anni di ricerca, Dwyer ha sviluppato un metodo più semplice e veloce per rilevare l'impurità nell'eparina, insieme alla creazione di un processo che potrebbe avere benefici più ampi. La sua ricerca è stata svelata oggi nella prestigiosa rivista online Comunicazioni sulla natura , parte della suite di riviste dell'editore di Nature.

"Ci sono test molto più sofisticati e costosi per rilevare l'impurità, " ha detto Dwyer, della Provvidenza, R.I. "Quello che siamo stati in grado di fare è, in un modo molto economico e rapido, rilevare l'eparina e rilevare quando contiene un contaminante."

La ricerca, "Indagine sui nanopori di nitruro di silicio per la glicomica e l'assicurazione della qualità dell'eparina, " potrebbe essere utilizzato anche per analizzare l'intera classe di molecole a cui appartiene l'eparina con ampio uso nella diagnostica biomedica, prodotti farmaceutici e rilevamento ambientale. Gli studi più ampi di Dwyer sugli zuccheri sono stati sostenuti a luglio da $ 318, 000 sovvenzione dalla National Science Foundation.

Per esempio, Dwyer ha detto, la nuova tecnica di rilevamento potrebbe fungere da strumento di garanzia della qualità in tutta l'industria farmaceutica, soprattutto con una maggiore spinta a sviluppare più farmaci a base di zucchero, come l'eparina. "Gli zuccheri sono incredibilmente importanti, " ha detto Dwyer, le cui ricerche in passato hanno ottenuto pubblicazioni su riviste di alto profilo Natura e Scienza . "Sono il modo in cui i batteri comunicano tra loro. Sono il modo in cui progetteremo molti nuovi farmaci. Quindi abbiamo bisogno di nuovi strumenti per analizzare gli zuccheri".

Per sviluppare la nuova tecnica di rilevamento, Dwyer si è rivolto a un metodo di rilevamento collaudato nel sequenziamento del DNA e delle proteine. Il sensore è costituito da un foro, o nanoporo, meno di un millesimo dello spessore di un capello umano, seduto su una membrana ancora più sottile, e testa le sostanze al più piccolo livello rilevabile:una singola molecola.

Mentre il sensore, un nanoporo di nitruro di silicio allo stato solido, ha funzionato bene per il DNA, doveva essere riorganizzato per le molecole di zucchero, che sono molto più complessi, disse Dwyer, il cui gruppo è stato uno dei primi a concentrarsi sugli zuccheri.

A partire dal 2010, il progetto sviluppato insieme ad altri lavori del team di Dwyer. Ci sono voluti anni per fabbricare e mettere a punto dispositivi, affinare il nanoporo e prevenire l'intasamento dell'apertura. "Un discreto numero di studenti ha lavorato a questo progetto nel corso degli anni, "Dwyer ha detto. "Non abbiamo ceduto. Abbiamo sbattuto la testa contro il muro per un periodo di tempo e ci siamo resi conto che dovevamo fare una discreta quantità di lavoro fondamentale prima di poter arrivare al punto di rilevare".

Un problema inaspettato è stato risolto da Buddini Karawdeniya, autrice principale dell'articolo che ha completato il suo dottorato in chimica all'URI in primavera. Quando ha tentato di far passare le molecole di zucchero attraverso il nanoporo, sono andati indietro. "Nel 1996, la gente ha scoperto come si poteva rilevare il DNA con un nanoporo, "Dwyer ha detto. "Ci sono state alcune stranezze, ma ha funzionato nel modo in cui ci si aspettava. Gli zuccheri subito non si sono comportati come previsto. Quindi Buddini ha dovuto guardare a quello che era stato fatto per 20 anni, ma sappi che doveva ricominciare da capo a un certo livello."

Con la crisi del 2008, i ricercatori erano riusciti a identificare e rilevare il contaminante condroitin solfato ipersolfatato, che era quasi identico all'eparina. Utilizzando il nanoporo ottimizzato, La ricerca di Dwyer ha esaminato entrambi i campioni, determinato che i segnali che hanno generato erano identici al 99 percento, e tecniche di analisi ideate per utilizzare la differenza dell'1% per rilevare in modo affidabile l'impurità.

"Il test che abbiamo creato dura circa 20 minuti, " Egli ha detto, "e lavora a concentrazioni clinicamente rilevanti."

L'obiettivo è rendere ancora più rapido il rilevamento dell'impurità, fino a minuti e secondi. Allo stesso tempo, il dispositivo dovrà essere adattato per un utente commerciale che potrebbe non avere le competenze di un ricercatore in un laboratorio di sviluppo tecnologico. Anche, lo strumento dovrebbe funzionare con precisione in un ambiente meno controllato.

"Qui è dove la ricerca inizia a passare allo sviluppo, e iniziamo a perfezionare ancora di più le condizioni e i dispositivi, "Dwyer ha detto. "Spesso la scoperta è la parte più facile. Affinarlo per l'utente finale richiede tempo."

Il nanoporo che è uscito dalla ricerca sull'eparina è stato progettato con questo in mente. Utilizza una tecnologia simile a quella che si trova in quasi tutti i pezzi di elettronica di consumo, disse Dwyer, quindi c'è già un'industria pronta a produrre i sensori su larga scala.

"Cerchiamo sempre di pensare al mercato consumer, " ha detto. "Quello che facciamo in laboratorio è una cosa - ed è una cosa vitale - ma come lo traduciamo nel mondo reale?"