Molto può essere rilevato nel sangue o nelle urine:malattie virali, disordini metabolici o malattie autoimmuni possono essere diagnosticati con test di laboratorio, ad esempio. Ma tali esami richiedono spesso alcune ore e sono piuttosto complessi, per questo i medici consegnano i campioni a laboratori specializzati.

Gli scienziati dell'ETH di Zurigo e la società Roche hanno sviluppato congiuntamente un metodo di analisi completamente nuovo basato sulla diffrazione della luce su molecole su un piccolo chip. La tecnica ha il potenziale per rivoluzionare la diagnostica:in futuro, i medici possono essere in grado di eseguire esami complessi in modo semplice e rapido nel proprio studio.

Direttamente visibile con luce laser

Come con altre procedure diagnostiche consolidate, il nuovo metodo utilizza anche il principio key-lock del riconoscimento molecolare:ad esempio, al fine di determinare una particolare proteina disciolta nel sangue (la "chiave"), deve agganciarsi ad un anticorpo idoneo (il "lucchetto"). Nei metodi di test immunologici consolidati, la "chiave nella serratura" è resa visibile con una seconda chiave codificata a colori, ma questo passaggio non è più necessario nel nuovo processo:la "chiave nella serratura" può essere resa visibile direttamente con una luce laser.

Gli scienziati utilizzano un chip con una superficie appositamente rivestita composta da minuscoli punti con uno specifico motivo a strisce. Le molecole in questione si legano alle strisce ma non agli interstizi tra le strisce. Se una luce laser è ora diretta lungo la superficie del chip, è piegato (diffratto) come risultato della speciale disposizione delle molecole nel pattern e focalizzato su un punto al di sotto del chip. Un punto di luce diventa visibile. Quando gli scienziati hanno messo i campioni senza le molecole sul chip, la luce non è piegata e nessun punto luce è visibile.

Interazione molecolare

"Il punto di luce è un effetto dell'interazione di centinaia di migliaia di molecole nella loro disposizione specifica, "dice Christof Fattinger, uno scienziato alla Roche. "Come con un ologramma, il carattere ondulatorio della luce laser viene utilizzato in modo mirato."

Janos Veros, professore di bioelettronica all'ETH di Zurigo, paragona il principio a un'orchestra:"Le molecole sono i musicisti, il motivo a strisce il conduttore. Assicura che tutti i musicisti lavorino in concerto." Gli scienziati chiamano il motivo a strisce "mologramma" (ologramma molecolare) e la nuova tecnica diagnostica "molografia focale".

Fattinger ha inventato il principio e ne ha sviluppato le basi teoriche. Cinque anni fa, si prese un anno sabbatico nel gruppo guidato da Vörös; l'implementazione pratica della molografia è ora emersa da quella collaborazione tra gli scienziati di Roche e l'ETH di Zurigo.

Altre molecole non si disgregano

Un vantaggio significativo del nuovo metodo è che il segnale (il punto di luce) avviene solo grazie alle molecole che si legano specificamente al mologramma - altre molecole presenti in un campione non producono un segnale. Il metodo è quindi sostanzialmente più veloce dei precedenti metodi di analisi basati sul principio della serratura a chiave. In quest'ultimo, altre molecole presenti in un campione devono essere lavate via, che a sua volta rallenta e complica la diagnosi. Questo rende il nuovo metodo ideale per misurare le proteine ​​nel sangue o altri fluidi corporei.

"Prevediamo che in futuro questa tecnologia consentirà di eseguire più test di laboratorio direttamente nello studio medico piuttosto che in un laboratorio specializzato. E in un lontano futuro, i pazienti possono anche essere in grado di utilizzare la tecnologia a casa, " dice Veros.

Grande potenziale

Diversi mologrammi sono disposti su un piccolo chip. Nel disegno attuale, 40 mologrammi misurano la stessa molecola, ma in futuro potrebbe essere possibile misurare 40 o più marker diversi contemporaneamente su un chip.

Le possibili applicazioni di questa nuova tecnica sono immense. Potrebbe essere utilizzato ovunque sia necessario identificare e studiare l'interazione tra le molecole. Il metodo è così veloce che è adatto anche per misurazioni in tempo reale, che è di particolare interesse per la ricerca biologica di base:ad esempio, per esaminare quanto velocemente una molecola biochimica si lega a un'altra. Ulteriori applicazioni potrebbero includere il controllo della qualità per il trattamento dell'acqua potabile o il monitoraggio dei processi nell'industria biotecnologica.

Intensa attenzione alla prontezza di mercato

"Il fatto che siamo riusciti a mettere in pratica l'idea è dovuto in gran parte al fatto che il nostro team di progetto è interdisciplinare, " afferma Vörös. Tra i partecipanti c'erano esperti di fotochimica, produzione di trucioli e rivestimento superficiale. Gli scienziati hanno anche utilizzato speciali polimeri di rivestimento per il mologramma, che sono stati sviluppati di recente nel laboratorio del professore dell'ETH Nicholas Spencer (ETH News ha riportato:https://www.ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2016/02/swiss-army-knife -molecola.html). "Senza questi polimeri e senza la collaborazione con Janos Vörös, saremmo ancora lontani dal nostro obiettivo, "dice Fattinger.

Per sviluppare ulteriormente il metodo, proseguirà la collaborazione tra Roche e l'ETH di Zurigo. Mentre diversi scienziati e dottorandi del gruppo di Vörös stanno lavorando sui suoi aspetti scientifici, i partner prevedono inoltre di esplorare opportunità di commercializzazione per varie applicazioni.