Imitando la struttura dell'antenna della falena della seta, I ricercatori dell'Università del Michigan hanno guidato lo sviluppo di un nanoporo migliore, un minuscolo strumento a forma di tunnel che potrebbe far progredire la comprensione di una classe di malattie neurodegenerative che include l'Alzheimer.

Un documento sul lavoro è stato appena pubblicato online in Nanotecnologia della natura . Questo progetto è guidato da Michael Mayer, professore associato nei dipartimenti di ingegneria biomedica e ingegneria chimica. Collaborano anche Jerry Yang, professore associato all'Università della California, San Diego e Jiali Li, professore associato presso l'Università dell'Arkansas.

I nanopori, essenzialmente fori praticati in un chip di silicio, sono minuscoli dispositivi di misurazione che consentono lo studio di singole molecole o proteine. Anche i migliori nanopori di oggi si intasano facilmente, quindi la tecnologia non è stata ampiamente adottata in laboratorio. Le versioni migliorate dovrebbero essere importanti vantaggi per velocità, sequenziamento del DNA e analisi delle proteine ​​più economiche.

Il team ha progettato un rivestimento oleoso che intrappola e trasporta agevolmente le molecole di interesse attraverso i nanopori. Il rivestimento consente inoltre ai ricercatori di regolare la dimensione dei pori con una precisione quasi atomica.

"Ciò che questo ci dà è uno strumento migliore per caratterizzare le biomolecole, " ha detto Mayer. "Ci permette di capire la loro dimensione, carica, forma, concentrazione e la velocità con cui si assemblano. Questo potrebbe aiutarci a diagnosticare e capire cosa sta andando storto in una categoria di malattie neurodegenerative che include il Parkinson, Huntington e Alzheimer".

Il "doppio strato lipidico fluido" di Mayer assomiglia a un rivestimento sull'antenna della falena della seta maschio che aiuta a sentire l'odore delle falene femmine vicine. Il rivestimento cattura le molecole di feromoni nell'aria e le trasporta attraverso i nanotunnel nell'esoscheletro alle cellule nervose che inviano un messaggio al cervello dell'insetto.

"Questi feromoni sono lipofili. A loro piace legarsi ai lipidi, o materiali simili al grasso. Quindi rimangono intrappolati e concentrati sulla superficie di questo strato lipidico nella falena della seta. Lo strato unge il movimento dei feromoni nel punto in cui devono essere. Il nostro nuovo rivestimento ha lo stesso scopo, " ha detto Mayer.

Uno dei principali percorsi di ricerca di Mayer è studiare proteine ​​chiamate peptidi beta-amiloide che si pensa si coagulino in fibre che colpiscono il cervello nell'Alzheimer. È interessato a studiare le dimensioni e la forma di queste fibre e come si formano.

"Le tecniche esistenti non consentono di monitorare molto bene il processo. Volevamo vedere l'aggregazione di questi peptidi utilizzando nanopori, ma ogni volta che l'abbiamo provato, i pori ostruiti, " disse Mayer. "Poi abbiamo realizzato questo rivestimento, e ora la nostra idea funziona."

Per utilizzare i nanopori negli esperimenti, i ricercatori posizionano il chip perforato tra due camere di acqua salata. Fanno cadere le molecole di interesse in una delle camere e inviano una corrente elettrica attraverso il poro. Quando ogni molecola o proteina passa attraverso il poro, cambia la resistenza elettrica del poro. La quantità di cambiamento osservata fornisce ai ricercatori preziose informazioni sulla dimensione della molecola, carica elettrica e forma.

Grazie al loro ingombro ridotto e ai bassi requisiti di alimentazione, i nanopori potrebbero anche essere usati per rilevare agenti di guerra biologica.

Un punto culminante della ricerca su questo lavoro apparirà in una prossima edizione di Nature. Il documento è intitolato "Controllo della traslocazione proteica attraverso nanopori con pareti fluide bio-ispirate".