Desiderando trovare una cura per il cancro, HIV e altre malattie incurabili, i ricercatori hanno già provato centinaia di farmaci, ciascuno che richiede test preclinici e clinici con soggetti vivi. Quanti altri agenti chimici provare? A un tale ritmo, troveremo la cura durante la nostra vita?

Uno dei modi più semplici per accelerare il processo di sviluppo del farmaco è semplicemente eseguirlo al di fuori del corpo vivente (ad es. osservando le sostanze reagire con i più piccoli campioni di tessuto vivo e prevedendo così rapidamente l'effetto complessivo che avrà all'interno del corpo). Questo approccio alla fine fornirà una selezione preclinica più efficace di farmaci candidati per studi clinici a lungo termine e costosi. Questo potrebbe avvicinare la scienza alle cure a lungo cercate.

Ricercatori del Laboratorio di Nanoottica e Plasmonica, Istituto di fisica e tecnologia di Mosca - Il MIPT (Russia) ha ideato un nuovo tipo di biosensore all'ossido di grafene (GO) che potrebbe potenzialmente accelerare il processo di sviluppo di un farmaco. Le eccezionali proprietà di questo allotropo di carbonio migliorano significativamente la sensibilità del biosensore, che in futuro potrebbe consentire lo sviluppo di nuovi farmaci e vaccini contro molte malattie pericolose tra cui l'HIV, epatite e cancro. La ricerca, guidato da Yury Stebunov, uno scienziato al MIPT, è stato pubblicato in Materiali e interfacce applicati ACS . Il documento è intitolato "Chip sensore altamente sensibili e selettivi con strato di collegamento grafene-ossido". Valentyn Volkov è il co-autore principale, un visiting professor dell'Università della Danimarca meridionale. Altri coautori sono Olga Aftenieva e Aleksey Arsenin.

I nuovi chip biosensori basati su GO sfruttano il fenomeno della risonanza plasmonica di superficie (SPR). I plasmoni di superficie sono onde elettromagnetiche che si propagano lungo un'interfaccia metallo-dielettrico (ad es. oro/aria) con ampiezze che decadono esponenzialmente nel mezzo vicino. L'adsorbimento di molecole da una soluzione su una superficie sensibile altera l'indice di rifrazione del mezzo vicino a questa superficie e, perciò, cambia le condizioni di SPR. Questi sensori possono rilevare l'assorbimento di biomolecole anche a pochi trilionesimi di grammo per millimetro quadrato. A causa di queste proprietà, Il biosensore SPR è una piattaforma eccezionale per promuovere il progresso tecnologico nei settori della medicina e della biotecnologia. Tuttavia, la caratteristica più distintiva di tali sensori è la capacità di "visualizzare" le interazioni molecolari in tempo reale.

"Il biosensore SPR è uno strumento prezioso per studiare un'ampia gamma di reazioni biochimiche, stimare la loro cinetica chimica e altre caratteristiche. Tutto questo può essere efficacemente utilizzato per la scoperta e la convalida di nuovi farmaci. L'introduzione diffusa di questo metodo negli studi preclinici cambierà completamente l'industria farmaceutica. Con sensori SPR, dobbiamo solo stimare l'interazione tra il farmaco e i bersagli sulla superficie di rilevamento, " Disse Stebunov.

La maggior parte dei chip dei sensori SPR commerciali comprende una sottile lastra di vetro ricoperta da uno strato d'oro con strati di tiolo o polimero. La biosensibilità dipende dalle proprietà della superficie del chip. Una maggiore capacità di legame per le biomolecole aumenta i livelli di segnale e l'accuratezza dell'analisi. Negli ultimi anni, nuovi materiali in carbonio come il grafene hanno attirato molta attenzione a causa della loro ampia superficie, fabbricazione a basso costo, e l'interazione con una vasta gamma di biomolecole.

Stebunov e il team del Laboratorio di nanoottica e plasmonica del MIPT hanno creato e brevettato un nuovo tipo di chip sensore SPR con lo strato di collegamento GO. Il materiale ha proprietà ottiche e chimiche più attraenti rispetto al grafene incontaminato. I "fiocchi" di GO sono stati depositati sullo strato d'oro a 35 nm, seguito da uno strato di proteina streptavidina per l'immobilizzazione selettiva delle biomolecole.

Gli scienziati hanno condotto una serie di esperimenti confrontando il chip GO, un chip disponibile in commercio con uno strato di destrano carbossimetilato (CMD), e un chip ricoperto da grafene monostrato. Gli esperimenti hanno dimostrato che il chip GO proposto ha una sensibilità tre volte superiore rispetto al chip CMD e 3,7 volte rispetto al chip con grafene incontaminato. These results mean that the new chip needs fewer molecules for detecting a compound and can be used for analysis of chemical reactions with small drug molecules. An important advantage of the new GO-based sensor chips is their simplicity and low-cost fabrication compared to sensor chips that are already commercially available.

"Our invention will help in drug development against viral and cancer diseases. We are expecting that the pharmaceutical industry will express a strong demand for our technology, " Stebunov said.

"The sensor can also find applications in food quality control and toxin screening, and the sensor can significantly shorten the time for a clinical diagnostic, " researcher added. However, clinical trials with the chip are still needed for medical applications.