I ricercatori di Stanford hanno sviluppato un nuovo microchip biosensore che potrebbe accelerare significativamente il processo di sviluppo del farmaco. I microchip, ricco di "nanosensori" altamente sensibili, " analizzare come le proteine ​​si legano tra loro, un passaggio fondamentale per valutare l'efficacia e i possibili effetti collaterali di un potenziale farmaco.

Una serie di nanosensori delle dimensioni di un centimetro può monitorare simultaneamente e continuamente eventi di legame alle proteine ​​migliaia di volte superiori a qualsiasi sensore esistente. Il nuovo sensore è anche in grado di rilevare le interazioni con maggiore sensibilità e fornire i risultati significativamente più velocemente rispetto all'attuale metodo "gold standard".

"Puoi adattare migliaia, anche decine di migliaia, di diverse proteine ​​di interesse sullo stesso chip ed eseguire gli esperimenti di legame proteico in un colpo solo, " ha detto Shan Wang, professore di scienze e ingegneria dei materiali, e di ingegneria elettrica, che ha guidato lo sforzo di ricerca.

"In teoria, in una prova, potresti guardare l'affinità di un farmaco per ogni proteina del corpo umano, " ha detto Richard Gaster, Dottore di ricerca in bioingegneria e medicina, chi è il primo autore di un articolo che descrive la ricerca che è stato pubblicato online questo mese da Nanotecnologia della natura .

La potenza dell'array di nanosensori risiede in due progressi. Primo, l'uso di nanotag magnetici attaccati alla proteina oggetto di studio – come un farmaco – aumenta notevolmente la sensibilità del monitoraggio.

Secondo, un modello analitico sviluppato dai ricercatori consente loro di prevedere con precisione il risultato finale di un'interazione sulla base di pochi minuti di dati di monitoraggio. Le tecniche attuali in genere monitorano non più di quattro interazioni simultanee e il processo può richiedere ore.

"Penso che la loro tecnologia abbia il potenziale per rivoluzionare il modo in cui eseguiamo i test biologici, " ha detto P.J. Utz, professore associato di medicina (immunologia e reumatologia) presso lo Stanford University Medical Center, che non è stato coinvolto nella ricerca.

I membri del gruppo di ricerca di Wang hanno sviluppato la tecnologia dei nanosensori magnetici diversi anni fa e hanno dimostrato la sua sensibilità in esperimenti in cui hanno dimostrato che potrebbe rilevare un biomarcatore proteico associato al cancro nel sangue di topo a un millesimo della concentrazione che le tecniche disponibili in commercio potrebbero rilevare. Questa ricerca è stata descritta in un articolo del 2009 in Medicina della natura .

I ricercatori adattano i nanotag per attaccarli alla particolare proteina studiata. Quando una proteina dotata di nanotag si lega a un'altra proteina che è attaccata a un nanosensore, il nanotag magnetico altera il campo magnetico ambientale intorno al nanosensore in un modo piccolo ma distinto che viene rilevato dal rilevatore.

"Diciamo che stiamo guardando un farmaco per il cancro al seno, " Ha detto Gaster. "L'obiettivo del farmaco è quello di legarsi alla proteina bersaglio sulle cellule del cancro al seno nel modo più forte possibile. Ma vogliamo anche sapere:quanto fortemente quel farmaco si lega in modo anomalo ad altre proteine ​​del corpo?"

Per determinarlo, i ricercatori metterebbero le proteine ​​del cancro al seno sull'array di nanosensori, insieme alle proteine ​​del fegato, polmoni, reni e qualsiasi altro tipo di tessuto di cui sono preoccupati. Quindi aggiungerebbero il farmaco con i suoi nanotag magnetici attaccati e vedrebbero con quali proteine ​​si lega il farmaco e con quale forza.

"Possiamo vedere quanto fortemente il farmaco si leghi alle cellule del cancro al seno e poi anche quanto si leghi a qualsiasi altra cellula del corpo umano come il fegato, reni e cervello, " Ha detto Gaster. "Così possiamo iniziare a prevedere gli effetti negativi di questo farmaco senza mai metterlo in un paziente umano".

È la maggiore sensibilità al rilevamento fornita con i nanotag magnetici che consente a Gaster e Wang di determinare non solo quando si forma un legame, ma anche la sua forza.

"La velocità con cui una proteina si lega e si rilascia, racconta quanto è forte il legame, " Ha detto Gaster. Questo può essere un fattore importante con numerosi farmaci.

"Sono sorpreso dalla sensibilità che hanno raggiunto, " Ha detto Utz. "Stanno rilevando nell'ordine tra 10 e 1, 000 molecole e questo per me è abbastanza sorprendente".

Il nanosensore si basa sullo stesso tipo di sensore utilizzato nei dischi rigidi dei computer, ha detto Wang.

"Poiché il nostro chip è completamente basato sulla tecnologia e sulle procedure microelettroniche esistenti, il numero di sensori per area è altamente scalabile con un costo molto contenuto, " Egli ha detto.

Sebbene i chip utilizzati nel lavoro descritto nel Nanotecnologia della natura la carta aveva poco più di 1, 000 sensori per centimetro quadrato, Wang ha affermato che non dovrebbe essere un problema mettere decine di migliaia di sensori sullo stesso ingombro.

"Può essere scalato fino a oltre 100, 000 sensori per centimetro, senza nemmeno spingere i limiti tecnologici nel settore della microelettronica, " Egli ha detto.

Wang ha affermato di vedere un futuro luminoso per array di nanosensori sempre più potenti, poiché l'infrastruttura tecnologica per la realizzazione di tali array di nanosensori è disponibile oggi.

"Il prossimo passo è sposare questa tecnologia con un farmaco specifico che è in fase di sviluppo, "Ha detto Wang. "Questa sarà l'applicazione davvero killer di questa tecnologia".