I biomarcatori sono componenti che possono essere presenti nei campioni biologici e sono correlati a malattie specifiche. Pertanto, i medici possono analizzare campioni biologici di un paziente per verificarne le condizioni di salute o per monitorare l'andamento di una specifica terapia. In genere, questi campioni devono essere purificati e diluiti prima dell'analisi e le attuali tecniche diagnostiche mediche si basano su strutture e laboratori sanitari per queste analisi di routine. Si tratta di un processo lungo che richiede personale addestrato e strumentazione costosa per estrarre, trasportare, conservare, elaborare e analizzare i campioni in posizioni centralizzate. Inoltre, durante un periodo di crisi globale come la pandemia in corso, la pressione di migliaia di richieste di analisi può saturare e far crollare il sistema sanitario.

D'altra parte, i dispositivi point-of-care, che sono piccoli strumenti automatizzati, sono in grado di eseguire la diagnostica in luoghi decentralizzati e possono fornire risposte rapide. Un esempio di tale dispositivo è il glucometro che le persone con diabete usano per monitorare i livelli di zucchero nel sangue. Questi dispositivi possono superare i limiti intrinseci di dover elaborare un campione attraverso un sistema centralizzato, consentendo a chiunque di poter monitorare la propria salute da casa, semplicemente utilizzando un minuscolo campione di sangue estratto con una puntura del dito.

Tuttavia, lo sviluppo di questi dispositivi è stato gravato dalle sfide tecniche relative alla misurazione dei campioni biologici. I biomarcatori per alcune malattie e infezioni sono presenti nei campioni solo in quantità molto piccole, il che a sua volta impone la sfida di sviluppare tecniche di rilevamento estremamente sensibili. Sebbene l'aumento della superficie del biosensore possa aumentare la sensibilità dello strumento, queste superfici tendono a intasarsi e contaminarsi rapidamente, rendendole inutilizzabili.

A tal fine, il team guidato dal professor CHO, Yoon-Kyoung presso il Center for Soft and Living Matter all'interno dell'Institute for Basic Science (IBS) di Ulsan, in Corea del Sud, ha recentemente sviluppato un biosensore utilizzando un metodo per generare superfici nanostrutturate e nanoporose. Questa strategia combinata non solo fornisce al sensore una sensibilità senza precedenti, ma lo rende anche resistente alle incrostazioni delle proteine.

Sebbene in precedenza non esistesse un metodo noto per creare elettrodi in modo affidabile utilizzando tali substrati nanostrutturati e nanoporosi, il team ha segnalato un metodo semplice per generare tali materiali. Il meccanismo si basa sull'applicazione di impulsi elettrici su una superficie d'oro piatta in presenza di cloruro di sodio e di un tensioattivo che può formare micelle in soluzione. Questi impulsi elettrici guidano una reazione preferenziale per incidere e ridepositare l'oro dalla superficie e, a loro volta, fanno crescere nanostrutture e formano i nanopori. L'uso del tensioattivo sotto forma di micelle è essenziale per il successo di questa strategia poiché impedisce al materiale che viene inciso di diffondersi durante il processo, quindi può essere ridepositato.

La formazione di queste nanostrutture ha prodotto un'ampia superficie utile per aumentare la sensibilità dei test, mentre la formazione di substrati di nanopori era l'ideale per prevenire la contaminazione dei campioni biologici. Sia le nanostrutture che i vantaggi combinati dei nanopori sono stati fondamentali per il successo di questa strategia, che potrebbe essere applicata per l'analisi diretta di campioni di plasma clinico.

I ricercatori hanno ulteriormente dimostrato questa nuova tecnologia costruendo un biosensore per il rilevamento del cancro alla prostata. L'elettrodo era abbastanza sensibile da discriminare tra un gruppo di cancro alla prostata e donatori sani utilizzando solo una piccola quantità di plasma sanguigno o campioni di urina. Non sono state utilizzate fasi di diluizione o di preelaborazione, il che significa che la tecnologia potrebbe essere facilmente utilizzata per la diagnosi del cancro presso il punto di cura.

Il professor Cho ha affermato che "riteniamo che questa tecnologia sia essenziale per il futuro sviluppo di dispositivi point-of-care e test diagnostici che funzionano con campioni biologici. La capacità di rilevare basse concentrazioni di biomarcatori rilevanti con prestazioni robuste apre una porta a possibilità in nel campo della diagnostica per cancro, agenti patogeni e altre malattie."

I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati in Materiali avanzati il 17 maggio 2022 e la relativa illustrazione è stata selezionata per il frontespizio del numero in corso. + Esplora ulteriormente

Accelerare il rilevamento dei biomarcatori del cancro per la diagnostica point of care