I ricercatori hanno creato un sistema in grado di rilevare e quantificare molecole biologiche piccole e rare che sono importanti per rilevare precocemente le malattie.

Alcune molecole nei fluidi biologici come il sangue e l'urina possono essere indicatori di malattie, soprattutto se diventano più diffusi. Però, nelle prime fasi della malattia questi "biomarcatori" sono rari e possono essere difficili da rilevare.

Però, sono difficili da separare dallo sfondo di tante altre molecole biologiche nei fluidi. Ora, i ricercatori del Dipartimento di Chimica dell'Imperial hanno inventato un sistema in grado di identificare e misurare i singoli biomarcatori nel siero umano (fluido dal sangue) e nelle urine.

Il rilevamento di importanti biomarcatori in concentrazioni inferiori consentirà ai pazienti di essere trattati prima per malattie tra cui alcuni tipi di cancro e disturbi neurologici, che potrebbe aumentare il tasso di sopravvivenza.

Il loro sistema, pubblicato questo mese in Comunicazioni sulla natura , etichetta i biomarcatori di interesse e li rileva con un nanoporo, un foro di pochi miliardesimi di metro che misura la variazione della corrente elettrica al passaggio di una molecola.

Superare i falsi positivi

In precedenza, il team ha utilizzato i nanopori per rilevare biomarcatori come piccoli filamenti di DNA e singole proteine. Però, hanno affrontato problemi quando i biomarcatori sono molto più piccoli del nanoporo, il che significa che potrebbero ancora non essere rilevati dal sistema.

Ciò è particolarmente vero quando ci sono molte altre piccole molecole che non sono utili da rilevare, il che significa che il "rumore" supera il "segnale".

Per superare questo, hanno creato portatori di DNA:speciali filamenti di DNA con sezioni progettate per rilevare i biomarcatori di interesse. Una volta che questi vettori trovano un biomarcatore si legano ad esso, permettendogli di essere rilevato più facilmente dal nanoporo.

Però, i portatori del DNA a volte si "annodavano" spontaneamente, torcendo se stessi in modo che sembrassero attaccati a un biomarcatore. Questo potrebbe creare "falsi positivi" - rilevamenti di biomarcatori che non c'erano realmente.

Trovare il segnale nel rumore

Ora, hanno migliorato il sistema di trasporto del DNA accoppiandolo con il rilevamento della fluorescenza. Quando il vettore del DNA si lega a un biomarcatore rilascia un lampo di luce, che comunica al sistema che è collegato un biomarcatore. Quindi passa attraverso il nanoporo, dove il biomarcatore viene letto usando il suo segnale elettrico.

Il co-autore, il professor Joshua Edel, ha dichiarato:"Abbiamo dimostrato un sistema in grado di discriminare biomarcatori tradizionalmente difficili come le singole proteine ​​direttamente nel fluido biologico quantificando il rilevamento elettrico e ottico simultaneo. È un modo semplice per rilevare molecole molto più piccole della dimensione del nanoporo senza perdita di segnale su rumore."

"L'intero progetto è stato reso possibile solo dalle capacità uniche e dall'entusiasmo dei giovani membri del team, tra cui Shenglin Cai e la dottoressa Jasmine Sze, che hanno tutti competenze e background diversi".