Gli ingegneri chimici del MIT hanno costruito una serie di sensori che, per la prima volta, può rilevare singole molecole di perossido di idrogeno provenienti da una singola cellula vivente.

È noto da tempo che il perossido di idrogeno danneggia le cellule e il loro DNA, ma gli scienziati hanno recentemente scoperto prove che indicano un ruolo più benefico:sembra agire come una molecola di segnalazione in un percorso cellulare critico che stimola la crescita, tra le altre funzioni.

Quando quel sentiero va storto, le cellule possono diventare cancerose, quindi comprendere il ruolo del perossido di idrogeno potrebbe portare a nuovi bersagli per potenziali farmaci antitumorali, dice Michele Strano, capo del gruppo di ricerca. Strano e i suoi colleghi descrivono il loro nuovo array di sensori, che è fatto di nanotubi di carbonio, nell'edizione online del 7 marzo di Nanotecnologia della natura .

Il team di Strano ha utilizzato l'array per studiare il flusso di perossido di idrogeno che si verifica quando un fattore di crescita comune chiamato EGF attiva il suo bersaglio, un recettore noto come EGFR, localizzati sulle superfici cellulari. Per la prima volta, il team ha dimostrato che i livelli di perossido di idrogeno sono più del doppio quando viene attivato l'EGFR.

L'EGF e altri fattori di crescita inducono le cellule a crescere o dividersi attraverso una complessa cascata di reazioni all'interno della cellula. Non è ancora chiaro esattamente come il perossido di idrogeno influenzi questo processo, ma Strano ipotizza che possa in qualche modo amplificare il segnale EGFR, rafforzare il messaggio alla cella. Poiché il perossido di idrogeno è una piccola molecola che non si diffonde lontano (circa 200 nanometri), il segnale sarebbe limitato alla cellula in cui è stato prodotto.

Il team ha anche scoperto che nelle cellule tumorali della pelle, si ritiene che abbia un'attività EGFR iperattiva, il flusso di perossido di idrogeno era 10 volte maggiore rispetto alle cellule normali. A causa di questa drammatica differenza, Strano ritiene che questa tecnologia potrebbe essere utile nella costruzione di dispositivi diagnostici per alcuni tipi di cancro.

"Potresti immaginare un piccolo dispositivo portatile, Per esempio, che il medico potrebbe indicare alcuni tessuti in modo minimamente invasivo e dire se questo percorso è danneggiato, " lui dice.

Strano sottolinea che questa è la prima volta che viene dimostrata una serie di sensori con specificità per singola molecola. Lui ei suoi colleghi hanno derivato matematicamente che una tale matrice può distinguere la generazione molecolare "vicino al campo" da quella che avviene lontano dalla superficie del sensore. "Gli array di questo tipo hanno la capacità di distinguere, Per esempio, se singole molecole provengono da un enzima situato sulla superficie cellulare, o dal profondo della cellula, "dice Strano.

Il sensore è costituito da una pellicola di nanotubi di carbonio incorporati nel collagene. Le cellule possono crescere sulla superficie del collagene, e il collagene attira e intrappola anche il perossido di idrogeno rilasciato dalla cellula. Quando i nanotubi entrano in contatto con il perossido di idrogeno intrappolato, i loro sfarfallii di fluorescenza. Contando gli sfarfallii, si può ottenere un conteggio accurato delle molecole incidenti.

I ricercatori del laboratorio di Strano intendono studiare diverse forme del recettore EGF per caratterizzare meglio il flusso di perossido di idrogeno e il suo ruolo nella segnalazione cellulare. Hanno già scoperto che le molecole di ossigeno vengono consumate per generare il perossido.

Il team di Strano sta anche lavorando su sensori di nanotubi di carbonio per altre molecole. Il team ha già testato con successo i sensori per l'ossido nitrico e l'ATP (la molecola che trasporta l'energia all'interno di una cellula). "L'elenco delle biomolecole che ora possiamo rilevare in modo molto specifico e selettivo sta crescendo rapidamente, "dice Strano, il quale sottolinea anche che la capacità di rilevare e contare singole molecole distingue i nanotubi di carbonio da molte altre piattaforme di nanosensori.