I ricercatori hanno progettato un sistema che riconosce rapidamente le molecole biologiche specifiche che possono indicare la malattia.

Il team dell'Imperial College di Londra ha sviluppato un sensore su nanoscala in grado di rilevare selettivamente le molecole proteiche a livello di singola molecola, che potrebbe aiutare nella diagnosi clinica in fase iniziale.

Quando si analizzano campioni di fluido corporeo per i segnali di una malattia, gli scienziati sono spesso alla ricerca di molecole molto rare all'interno di una miscela complessa. Per trovare tali "aghi in un pagliaio", gli scienziati usano spesso metodi che rilevano singole molecole alla volta.

Una tecnologia promettente è il rilevamento dei nanopori, dove le singole molecole vengono fatte passare attraverso un foro di dimensioni nanometriche molto piccolo. Questo processo fa sì che ogni molecola produca la propria firma unica, senza la necessità di lunghe preparazioni del campione o modifiche chimiche.

Però, molecole diverse della stessa dimensione possono produrre segnali molto simili, rendendo difficile identificare in modo univoco la molecola bersaglio.

Risolvere questo problema, un team guidato dall'Imperial College di Londra ha sviluppato un sistema basato su un nanoporo e un transistor su nanoscala, in grado di riconoscere le molecole bersaglio in modo simile ai recettori biologici. I dettagli del loro nuovo sistema sono pubblicati oggi in Comunicazioni sulla natura .

Lucchetto e chiave

I recettori riconoscono molecole con forme particolari e si legano ad esse in un meccanismo di blocco e chiave. In questo studio, il transistor su scala nanometrica è stato realizzato con un materiale polimerico su cui è possibile stampare un sito di legame:"il lucchetto". Ciò consente al sistema di rilevare l'unica "chiave" corrispondente:una specifica molecola bersaglio.

Per verificare che il sistema funzioni come previsto, il team lo ha usato per rilevare l'anticorpo che si lega all'insulina, un meccanismo importante nella diagnosi del diabete. Però, il team afferma che il design del sistema può anche essere facilmente applicato nel rilevamento a una gamma molto più ampia di molecole biologiche.

Co-autore dello studio Professor Joshua Edel, dal Dipartimento di Chimica dell'Imperial, ha dichiarato:"Abbiamo dimostrato che possiamo imprimere un polimero all'ingresso del nanoporo con la forma del 'lucchetto' naturale alla molecola 'chiave' che stiamo cercando, imitando i recettori biologici."

Apertura e chiusura del cancello

I ricercatori hanno anche aggiunto un'altra caratteristica al nuovo sistema per risolvere un altro problema nel rilevamento dei nanopori:se le molecole passano troppo velocemente attraverso il nanoporo, potrebbero non essere rilevati.

Hanno aggiunto un elettrodo attaccato al rivestimento polimerico del poro, formando un transistor su scala nanometrica, a cui può essere applicata una tensione. Questo fa sì che il poro agisca come un cancello:la tensione applicata può "aprire" o "chiudere" il cancello, controllando il trasporto delle molecole attraverso il poro.

Dottor Aleksandar Ivanov, dal Dipartimento di Chimica dell'Imperial, ha dichiarato:"Ora abbiamo un biosensore veramente sintonizzabile. Aggiungendo nuova complessità al sistema possiamo controllare il trasporto delle molecole e possiamo avere più tempo per studiare una molecola specifica".

Professor Yuri Korchev, dal Dipartimento di Medicina dell'Imperial, ha aggiunto:"Il sistema completo combina concentrazione, velocità e selettività sintonizzabili, che sarà clinicamente rilevante nella ricerca di proteine ​​rare come specifici tipi di anticorpi e molecole di DNA".