Vasily Kolchenko, professore associato di scienze biologiche presso il New York City College of Technology (City Tech), è un attore chiave in un team di ricerca che ha recentemente fatto un passo avanti con un enorme potenziale significato per il trattamento di malattie gravi.

Il loro lavoro ha reso possibile, per la prima volta, per rilevare la più piccola particella virale. Poiché anche una particella virale può rappresentare una minaccia mortale, la ricerca probabilmente darà un contributo importante alla ricerca in corso sulla diagnosi precoce di malattie come l'AIDS e il cancro.

Fino a quando il team di ricerca ha annunciato la loro scoperta quest'anno in Lettere di fisica applicata (27 luglio, 2012), nessuno strumento o metodologia aveva avuto successo nel rilevare in modo affidabile e accurato una singola particella virale, che è nella gamma di dimensioni di una nanoparticella. (circa 80, 000 nanoparticelle affiancate avrebbero la stessa larghezza di un capello umano.)

La ricerca avrà potenzialmente un impatto immenso sul pubblico in generale, aiutando il rilevamento della malattia nella sua fase iniziale, quando sono presenti meno agenti patogeni e l'intervento medico può essere più efficace. Questo nuovo approccio ha anche possibili applicazioni nell'identificazione di numerose molecole, soprattutto proteine, che sono importanti per la ricerca sullo sviluppo di farmaci, sia come bersagli che come trattamenti.

Mentre gli scienziati hanno usato a lungo i microscopi per visualizzare oggetti piccoli come batteri, i virus sono molto più piccoli. Anche i microscopi elettronici più sensibili, che sono ingombranti, costoso e difficile da gestire, non può garantire il rilevamento di queste minuscole particelle.

La svolta del team ha comportato l'aggiunta di una nanoantenna al dispositivo di rilevamento della luce per migliorare il segnale. "L'idea che la luce possa 'sentire' la presenza di nanoparticelle e rispondere al loro arrivo è stata rivoluzionaria, " dice il dottor Kolchenko.

"Poiché tutti i virus più letali e le molecole biologiche più interessanti - proteine ​​e DNA - appartengono al mondo nano, la nostra ricerca si è rivelata davvero innovativa, e la sua promessa è quasi illimitata in termini di rilevamento di quasi tutto ciò che interessa nelle scienze della vita, " Aggiunge.

Dott. Kolchenko, chi ha una laurea in medicina, un dottorato in fisiologia e un master in matematica presso l'Università di Kiev, ha fornito una combinazione unica di competenze in bioinformatica, matematica e medicina che sono state parte integrante del successo del progetto nell'isolare il più piccolo virus a RNA individuale, MS2.

"Mi sono interessato per la prima volta alla ricerca sull'uso della luce per il rilevamento e la misurazione dei più piccoli oggetti biologici e non viventi quando ho sentito un discorso sui biosensori che il professor Stephen Arnold del Politecnico/NYU ha tenuto al City Tech, "dice il dottor Kolchenko, che insegna biologia al City Tech e bioinformatica al Politecnico.

Il progetto di ricerca biennale, finanziato per $ 400, 000 dalla National Science Foundation, è stato condotto presso il Laboratorio di microparticelle per la biofotonica del Politecnico/NYU, sotto la direzione del dottor Stephen Arnold, in collaborazione con i dipartimenti di fisica della Fordham University e dell'Hunter College, e il dipartimento di scienze biologiche di City Tech. Il Politecnico/NYU ha richiesto un brevetto di utilità per l'innovazione rivoluzionaria del team.

Prima dell'ultimo progetto NSF, dieci anni di ricerche di laboratorio del Dr. Kolchenko e dei suoi colleghi hanno portato allo sviluppo di un semplice, design a basso costo per i più sensibili, dispositivi in ​​miniatura in grado di rilevare e misurare virus, proteine ​​e DNA in tempo reale. Dal 2005 al 2008, il team ha pubblicato articoli che dettagliano i suoi progressi in riviste prestigiose come Lettere di fisica applicata , Discussioni di Faraday e Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze.

"Uno degli obiettivi finali è sviluppare dispositivi portatili, poco costoso, dispositivi facili da usare e altamente sensibili per le strutture sanitarie e di ricerca, " afferma il Dr. Kolchenko. "Questa ricerca apre le porte al rilevamento e alla misurazione altamente sensibili di nanoparticelle biologiche e di altro tipo che sono essenziali nella biologia molecolare, medicina clinica e diagnostica, epidemiologia, ecologia, nanotecnologie e altri campi."

Sono previste ulteriori ricerche, secondo il dottor Kolchenko. "Dal momento che le singole molecole proteiche sono molto più piccole delle particelle virali, la loro individuazione sarà la prova definitiva del metodo, " dice. "Speriamo che dopo qualche ulteriore ricerca e sviluppo, il nostro metodo consentirà anche il rilevamento di singole proteine".

Tale ricerca potrebbe consentire lo screening precoce dei marcatori del cancro, che sono molecole proteiche prodotte quando il cancro cresce. Attualmente, ci sono diversi marcatori che potrebbero essere potenzialmente rilevati dal nuovo biosensore; la diagnosi precoce di questi marcatori potrebbe consentire l'inizio del trattamento prima, aumentare i tassi di sopravvivenza al cancro.

Dice il dottor Kolchenko, "Abbiamo semplicemente scalfito la superficie di ciò che è probabile che sia possibile".