Scienziati dell'Università di Groninga, guidato dal Professore Associato di Biologia Chimica Giovanni Maglia, hanno progettato un sistema a nanopori in grado di misurare contemporaneamente diversi metaboliti in una varietà di fluidi biologici, tutto in pochi secondi. Il segnale elettrico in uscita è facilmente integrabile nei dispositivi elettronici per la diagnostica domestica. I risultati sono stati pubblicati in Comunicazioni sulla natura .

La misurazione di molti metaboliti o farmaci nel corpo è complicata e richiede tempo, e il monitoraggio in tempo reale di solito non è possibile. Le correnti ioniche che attraversano i singoli nanopori stanno emergendo come una promettente alternativa all'analisi biochimica standard. I nanopori sono già integrati in dispositivi portatili per determinare le sequenze di DNA. "Ma è praticamente impossibile utilizzare questi nanopori per identificare in modo specifico piccole molecole in un campione biologico complesso, " dice Maglia.

trasduttore

Un anno fa, Maglia ha dimostrato come utilizzare i nanopori per identificare le "impronte digitali" di proteine ​​e peptidi, e anche per distinguere polipeptidi che differiscono per un amminoacido. Ora, ha adattato questo sistema per identificare piccole molecole nei fluidi biologici. Fare così, ha usato un nanoporo di forma cilindrica più grande a cui ha aggiunto proteine ​​che legano il substrato. "I batteri producono centinaia di queste proteine ​​per legare i substrati al fine di trasportarli nelle cellule. Queste proteine ​​hanno specificità che si sono evolute nel corso di miliardi di anni".

Maglia adatta le proteine ​​leganti per adattarsi all'interno del nanoporo. Se poi una proteina si lega al suo substrato, cambia la sua conformazione. Questo, a sua volta, cambia la corrente che passa attraverso il poro. "Stiamo usando la proteina legante come trasduttore elettrico per rilevare le singole molecole del substrato, " spiega Maglia. I pori possono essere incorporati in un dispositivo standard che analizza la corrente di centinaia di singoli pori contemporaneamente. A tal fine, gli scienziati stanno lavorando con Oxford Nanopores, leader mondiale in questo tipo di tecnologia.

Sangue, sudore, e urina

Aggiungendo due diverse proteine ​​che legano il substrato specifiche del glucosio e dell'aminoacido asparagina, Maglia è stata in grado di ottenere una lettura per entrambi da una frazione di una singola goccia di sangue in meno di un minuto. "Sono disponibili sensori di glucosio in tempo reale, ma l'analisi dell'asparagina richiede normalmente giorni, " dice. Il metodo di Maglia lavora con il sangue, sudore, urina o qualsiasi altro fluido corporeo, senza bisogno di preparazione del campione. Le proteine ​​che legano il substrato si trovano su un lato della membrana e il campione sull'altro. "Poiché i pori sono molto stretti, la miscelazione avviene solo all'interno del nanoporo, in modo che il sistema possa funzionare continuamente, " lui spiega.

La sfida ora è identificare proteine ​​leganti adatte per più substrati, compresi i farmaci. Il gruppo della Maglia ne ha trovati finora dieci. "Ma devono essere sintonizzati per lavorare con i pori. E al momento, non capiamo davvero il meccanismo per questo, quindi trovare le proteine ​​giuste è una questione di tentativi ed errori, " dice. Maglia è alla ricerca di opportunità per creare un'azienda che fornisca queste proteine ​​​​leganti. "Se possiamo creare un sistema con proteine ​​​​specifiche per centinaia di metaboliti diversi, avremo creato una nuova tecnologia davvero dirompente per la diagnostica medica".