(Phys.org) —La diagnosi precoce è fondamentale nel trattamento della malattia di Lyme. Però, quasi un quarto dei pazienti con malattia di Lyme viene inizialmente diagnosticato erroneamente perché i test sierologici attualmente disponibili hanno scarsa sensibilità e specificità durante le prime fasi dell'infezione. I pazienti con diagnosi errata possono non essere trattati e quindi progredire verso la malattia di Lyme in stadio avanzato, dove affrontano trattamenti più lunghi e invasivi, così come sintomi persistenti.

I test esistenti valutano la presenza di anticorpi contro le proteine ​​batteriche, che richiedono settimane per formarsi dopo l'infezione iniziale e persistono dopo che l'infezione è scomparsa. Ora, una tecnica ispirata alla nanotecnologia sviluppata dai ricercatori dell'Università della Pennsylvania potrebbe portare a una diagnostica in grado di rilevare l'organismo stesso.

Lo studio è stato condotto dal professor A.T. Charlie Johnson del Dipartimento di Fisica e Astronomia della Penn's School of Arts and Sciences insieme allo studente laureato Mitchell Lerner, la ricercatrice universitaria Jennifer Dailey e il borsista postdottorato Brett R. Goldsmith, tutta la Fisica. Hanno collaborato con Dustin Brisson, un assistente professore di biologia che ha fornito al team competenze sul batterio.

La loro ricerca è stata pubblicata sulla rivista Biosensori e Bioelettronica .

"Quando sei inizialmente infetto dal batterio della malattia di Lyme, non sviluppi anticorpi per molti giorni o poche settimane, " Johnson ha detto. "Molte persone vedono il loro medico prima che si sviluppino gli anticorpi, portando a risultati negativi del test sierologico. E dopo un'infezione iniziale, avrai ancora questi anticorpi, quindi l'uso di questi diagnostici sierologici non chiarirà se sei ancora infetto o meno dopo essere stato trattato con antibiotici".

L'idea del team di ricerca era di capovolgere il processo, utilizzando anticorpi prodotti in laboratorio per rilevare la presenza di proteine ​​dall'organismo. Questa è un'estensione del lavoro precedente che il laboratorio di Johnson ha svolto collegando altre strutture biologiche, come i recettori olfattivi e il DNA, ai dispositivi basati su nanotubi di carbonio.

Nanotubi di carbonio, reticoli arrotolati di atomi di carbonio, sono altamente conduttivi e sensibili alla carica elettrica, rendendoli componenti promettenti di dispositivi elettronici su scala nanometrica. Attaccando diverse strutture biologiche all'esterno dei nanotubi, possono funzionare come biosensori altamente specifici. Quando la struttura attaccata si lega a una molecola, la carica di quella molecola può influenzare la conduzione elettrica del nanotubo, che può essere parte di un circuito elettrico come un filo. Tale dispositivo può quindi fornire una lettura elettronica della presenza, o anche concentrazione, di una particolare molecola.

Per ottenere il segnale elettrico da questi nanotubi, il team li ha prima trasformati in dispositivi a transistor.

"Prima coltiviamo questi nanotubi su ciò che equivale a un grande chip utilizzando un metodo di deposizione di vapore, quindi effettuare i collegamenti elettrici essenzialmente a caso, "Ha detto Johnson. "Quindi rompiamo il chip e testiamo tutti i singoli transistor a nanotubi per vedere quale funziona meglio".

Nel loro recente esperimento, Il team di Johnson ha attaccato gli anticorpi che si sviluppano naturalmente nella maggior parte degli animali infettati dal batterio della malattia di Lyme a questi transistor a nanotubi. Questi anticorpi si legano naturalmente ad un antigene, in questo caso, una proteina nel batterio di Lyme, come parte della risposta immunitaria del corpo.

"Abbiamo un processo chimico che ci permette di collegare qualsiasi proteina ai nanotubi di carbonio. I nanotubi sono molto stabili, quindi abbiamo un composto molto reattivo che si lega al nanotubo e ha anche un gruppo di acido carbossilico all'altra estremità. Per i biochimici, ottenere qualsiasi tipo di proteina da legare a un gruppo di acido carbossilico è solo un gioco da ragazzi a questo punto, e abbiamo lavorato con loro per imparare come eseguire questa chimica sulla parete laterale dei nanotubi. "

Dopo aver usato la microscopia a forza atomica per dimostrare che gli anticorpi si erano effettivamente legati all'esterno dei loro transistor a nanotubi, i ricercatori li hanno testati elettricamente per ottenere una lettura di base. Hanno quindi messo i nanotubi in soluzioni che contenevano diverse concentrazioni della proteina dei batteri di Lyme bersaglio.

"Quando laviamo via la soluzione e testiamo di nuovo i transistor a nanotubi, il cambiamento in ciò che misuriamo ci dice che quanto dell'antigene si è legato, " Johnson ha detto. "E vediamo il rapporto che ci aspettiamo di vedere, in quanto più antigene c'era nella soluzione, maggiore è la variazione del segnale."

La più piccola concentrazione che i dispositivi a nanotubi potevano rilevare era di quattro nanogrammi di proteine ​​per millilitro di soluzione.

"Questa sensibilità è più che sufficiente per rilevare il batterio della malattia di Lyme nel sangue di pazienti con infezione recente e può essere sufficiente per rilevare il batterio nei liquidi di pazienti che hanno ricevuto un trattamento inadeguato, " ha detto Brisson.

"Vogliamo davvero che la proteina che stiamo cercando di rilevare si leghi il più vicino possibile al nanotubo, poiché questo è ciò che aumenta la forza del segnale elettrico, " Johnson ha detto. "Sviluppare un più piccolo, la versione minima dell'anticorpo, quello che chiamiamo un frammento variabile a catena singola, sarebbe un passo successivo.

"Sulla base del nostro lavoro precedente con frammenti variabili a catena singola di altri anticorpi, questo probabilmente renderebbe un dispositivo del genere circa mille volte più sensibile".

I ricercatori hanno suggerito che, data la flessibilità della loro tecnica per attaccare diverse strutture biologiche, eventuali strumenti diagnostici potrebbero incorporare più anticorpi, ognuno rileva una proteina diversa dal batterio di Lyme. Una tale configurazione migliorerebbe la precisione e ridurrebbe la possibilità di diagnosi false positive.

"Se dovessimo fare questo tipo di test sul sangue di una persona ora, però, diremmo che la persona ha la malattia, " Johnson ha detto. "Il primo pensiero è che se si rileva una qualsiasi proteina proveniente dall'organismo di Lyme nel sangue, sei infetto e dovresti ricevere subito un trattamento."