(Phys.org) — Piccole camere biomolecolari chiamate nanopori che possono essere riscaldati selettivamente possono aiutare i medici a diagnosticare la malattia in modo più efficace se una recente ricerca condotta da un team del National Institute of Standards and Technology (NIST), Wheaton College, e Virginia Commonwealth University (VCU) si dimostra efficace. Sebbene i risultati possano essere lontani anni dall'applicazione in clinica, potrebbero un giorno migliorare la capacità dei medici di cercare rapidamente nel flusso sanguigno gli indicatori di malattia, un obiettivo di vecchia data della ricerca medica.

Il team ha aperto la strada al lavoro sull'uso dei nanopori, minuscole camere che imitano i canali ionici nelle membrane delle cellule, per il rilevamento e l'identificazione di un'ampia gamma di molecole, compreso il DNA. I canali ionici sono le porte attraverso le quali la cellula ammette ed espelle materiali come proteine, ioni e acidi nucleici. Il tipico canale ionico è così piccolo che può entrare solo una molecola alla volta.

In precedenza, i membri del team hanno inserito un nanoporo in una membrana cellulare artificiale, che hanno posto tra due elettrodi. Con questa configurazione, potrebbero guidare singole molecole nel nanoporo e intrappolarle lì per alcuni millisecondi, abbastanza per esplorare alcune delle loro caratteristiche fisiche.

"Una singola molecola crea un marcato cambiamento nella corrente che scorre attraverso il poro, che ci permette di misurare la massa della molecola e la carica elettrica con elevata precisione, "dice Joseph Reiner, un fisico alla VCU che in precedenza ha lavorato al NIST. "Ciò consente la discriminazione tra diverse molecole ad alta risoluzione. Ma per il lavoro medico del mondo reale, medici e clinici avranno bisogno di capacità di misurazione ancora più avanzate."

Un obiettivo del lavoro del team è quello di differenziare non solo diversi tipi di molecole, ma tra le molte migliaia di proteine ​​diverse e altri biomarcatori nel nostro flusso sanguigno. Per esempio, cambiamenti nei livelli di proteine ​​possono indicare l'inizio della malattia, ma con così tante molecole simili nel mix, è importante non confondere l'uno con l'altro. Quindi il team ha ampliato la propria capacità di misurazione collegando nanoparticelle d'oro a nanopori ingegnerizzati, "che fornisce un altro mezzo per discriminare tra varie specie molecolari tramite il controllo della temperatura, "dice Reiner.

Il team ha attaccato nanoparticelle d'oro al nanoporo tramite lacci costituiti da filamenti di DNA complementari. La capacità dell'oro di assorbire la luce e convertire rapidamente la sua energia in calore che conduce nella soluzione adiacente consente al team di alterare la temperatura del nanoporo con un laser a piacimento, modificando dinamicamente il modo in cui le singole molecole interagiscono con esso.

"Storicamente, sbalzi di temperatura sono stati utilizzati per determinare i tassi di reazioni chimiche che in precedenza erano inaccessibili alla misurazione, ", afferma il biofisico del NIST John Kasianowicz. "La capacità di cambiare rapidamente le temperature in volumi commisurati alla dimensione delle singole molecole consentirà la separazione di specie leggermente diverse. Ciò non solo aiuterà il rilevamento e l'identificazione di biomarcatori, aiuterà anche a sviluppare una comprensione più profonda dei processi termodinamici e cinetici nelle singole molecole".

Il team sta ricercando modi per migliorare i nanopori a base di semiconduttori, che potrebbe espandere ulteriormente questa nuova capacità di misurazione.