Poiché la scienza medica ha capito che il corpo umano è controllato a livello molecolare da varie proteine, ormoni, droghe, e altre sostanze, sono state sviluppate tecnologie per rilevare i livelli di queste molecole al fine di monitorare la salute e diagnosticare le malattie. Però, molte di queste molecole sono così piccole che non possono essere rilevate dalle tecniche di analisi più ampiamente disponibili, lasciando domande su sostanze cruciali come gli amminoacidi, zuccheri, e lipidi in gran parte senza risposta.

Ora, gli scienziati del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell'Università di Harvard e del Brigham and Women's Hospital (BWH) hanno creato un nuovo tipo di test immunologico in grado di rilevare piccole molecole con una sensibilità 50 volte maggiore rispetto ai metodi di rilevamento convenzionali, e può essere facilmente integrato nelle piattaforme diagnostiche esistenti. La ricerca è descritta nel Giornale della Società Chimica Americana .

"La maggiore sensibilità analitica del nostro test consente misurazioni di piccole molecole a concentrazioni estremamente basse, e apre una finestra su fenomeni biologici prima irraggiungibili, ", ha affermato l'autore senior David Walt, dottorato di ricerca, un membro della Core Faculty del Wyss Institute che è anche Hansjörg Wyss Professor of Biologically Inspired Engineering presso la Harvard Medical School (HMS) e Professor of Pathology presso BWH, così come un professore HHMI.

Il nuovo approccio si basa su un tipo di analisi chiamato saggio immunologico competitivo, in cui una quantità nota di una molecola di interesse marcata e un campione con una quantità sconosciuta della molecola vengono entrambi aggiunti a una serie di anticorpi a cui si legano. Le molecole etichettate e non etichettate quindi "competere" per gli stessi siti di legame dell'anticorpo. Analizzando la quantità della molecola di interesse marcata che è legata agli anticorpi rispetto al numero totale di siti anticorpali disponibili, è possibile concludere che i siti rimanenti sono legati dalla molecola non marcata dal campione, permettendo di determinare la concentrazione di quella molecola.

I ricercatori hanno creato due tipi di test immunologici competitivi che utilizzavano metodi leggermente diversi per catturare piccole molecole di interesse, basato sul sistema Simoa di Quanterix. Il primo metodo utilizza microsfere magnetiche rivestite con la molecola bersaglio come concorrente, mentre il secondo metodo lega la molecola bersaglio all'enzima beta-galattosidasi, che poi si lega alle biglie magnetiche per formare il complesso concorrente. Dopo che le miscele di perle/anticorpo sono state lasciate mescolarsi con un campione contenente una quantità sconosciuta della molecola bersaglio, le perle vengono risciacquate per rimuovere eventuali molecole non legate e quindi aggiunte a un disco Simoa contenente migliaia di micropozzetti, ognuno dei quali può contenere una perlina legata a una molecola bersaglio. Ha quindi luogo una reazione che rende fluorescente qualsiasi pozzetto contenente una perlina con la molecola bersaglio etichettata. Il minor numero di pozzetti fluorescenti, meno molecole bersaglio marcate sono legate alle perline, e quindi maggiore è la concentrazione della molecola bersaglio non marcata presente nel campione.

Sono state analizzate due piccole molecole importanti per il normale funzionamento del corpo umano:cortisolo e PGE2. Il cortisolo è ampiamente utilizzato per valutare la funzione del surrene, pituitaria, e ghiandole dell'ipotalamo, mentre PGE2 è una molecola di prostaglandina simile all'ormone che influenza l'infiammazione, fertilità, e funzione immunitaria. I nuovi metodi competitivi sono stati in grado di rilevare i loro bersagli con una sensibilità fino a 50 volte maggiore rispetto a un convenzionale ELISA (saggio di immunoassorbimento enzimatico), entro circa un'ora.

"Il nostro piano è utilizzare questo metodo nella diagnostica per una migliore rilevazione degli ormoni nei campioni di sangue, " ha detto il primo autore Xu Wang, dottorato di ricerca, un Postdoctoral Research Fellow presso BWH e il Wyss Institute. "Stiamo lavorando per cercare di commercializzare questa tecnologia per il rilevamento rapido di piccole molecole per una varietà di applicazioni cliniche e ambientali".

"Il team Walt continua a spingere la busta nel campo della diagnostica con questo progresso. Rilevando molecole precedentemente non rilevabili entro un'ora, aprono approcci completamente nuovi alla diagnostica e al monitoraggio clinico che dovrebbero migliorare notevolmente la salute umana. È proprio il tipo di innovazione traslazionale che speriamo di abilitare e potenziare al Wyss Institute, ", ha affermato il direttore fondatore del Wyss Institute, Donald Ingber, M.D., dottorato di ricerca, che è anche Judah Folkman Professor of Vascular Biology presso HMS e Vascular Biology Program presso il Boston Children's Hospital, nonché Professore di Bioingegneria presso la School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) di Harvard.