Gli aptameri, i biosensori a base di acido nucleico con la capacità di legare proteine specifiche o piccole molecole, offrono un modo per identificare le molecole bersaglio senza la complessità degli apparati analitici. Sebbene siano sempre più utilizzati in applicazioni diagnostiche per varie malattie, il loro potenziale come sensori efficaci per il cancro è particolarmente degno di nota, perché la diagnosi precoce del cancro può portare a un tasso di guarigione superiore al 90%.
Tuttavia, gli aptameri devono affrontare limitazioni critiche poiché sono suscettibili alla degradazione o all'aggregazione da parte delle nucleasi o delle proteine cariche presenti in campioni biologici come sangue o saliva. Ciò rende difficile utilizzarli direttamente nei campioni clinici senza prima rimuovere tali molecole. Recentemente, un team di ricercatori dell'Università di Scienza e Tecnologia di Pohang (POSTECH) ha risolto questo problema utilizzando una microcapsula a base di proteine.
Il gruppo di ricerca guidato dai professori Seung Soo Oh e Sungwook Woo e dal Ph.D. il candidato Jinmin Kim del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali di POSTECH ha sviluppato un sistema di sensori aptameri che consente il rilevamento rapido di molecole bersaglio direttamente da campioni biologici, eliminando la necessità di processi di pretrattamento. Questa ricerca è stata pubblicata in Biosensors and Bioelectronics .
In questa ricerca, il team ha creato microcapsule sferiche chiamate proteinasomi basate sull’autoassemblaggio di anfifili polimerici proteici. La microcapsula è stata progettata per contenere un aptasensore basato su un aptamero a commutazione di struttura che reagisce con le molecole bersaglio per produrre istantaneamente un segnale fluorescente, e la sua superficie è composta da una membrana semipermeabile selettiva per dimensione che consente selettivamente solo alle piccole molecole bersaglio di passare attraverso bloccando efficacemente l'ingresso di proteine dannose più grandi.
I risultati hanno dimostrato che le prestazioni ottimali dell'aptasensore per il rilevamento del target sono state completamente preservate anche nei biofluidi non trattati, consentendo il rilevamento efficace e rapido di molecole target come l'estradiolo, un importante ormone femminile associato al cancro negli organi riproduttivi, e la dopamina, un neurotrasmettitore che è indicativo del morbo di Parkinson o di Alzheimer, e della cocaina, una sostanza controllata che spesso richiede un rapido rilevamento in loco.
Le capsule sviluppate dai ricercatori hanno dimostrato una solida protezione contro le proteine dannose.
Ad esempio, gli aptasensori alloggiati all’interno delle microcapsule sono rimasti intatti per 18 ore in soluzioni di nucleasi altamente concentrate, circa 300.000 volte il normale livello sierico. Inoltre, sfruttando la proprietà che ciascuna capsula funziona come un “recipiente di reazione” indipendente, i ricercatori hanno dimostrato il funzionamento indipendente di più aptasensori nella stessa miscela, consentendo il rilevamento simultaneo in tempo reale di più molecole bersaglio e monitorando i rispettivi cambiamenti di concentrazione.
Il professor Seung Soo Oh, che ha guidato la ricerca, ha spiegato:"Integrando la separazione dei campioni e il rilevamento del bersaglio, abbiamo aperto la strada a una nuova tecnologia di biosensori per piccole molecole al punto di cura che è direttamente applicabile a campioni biologici come il siero. Questa piattaforma ha il potenziale per rivoluzionare la medicina, spaziando dalla diagnosi precoce delle malattie al trattamento personalizzato."
Dottorato di ricerca il candidato Jinmin Kim ha affermato:"La piattaforma di rilevamento basata sui proteosomi è un sistema versatile perché può essere esteso ai sensori per varie molecole target semplicemente cambiando l'aptasensore al suo interno."
Ulteriori informazioni: Jinmin Kim et al, Proteinosomi semipermeabili che incapsulano Aptasensor per il rilevamento diretto del bersaglio in biofluidi non trattati, Biosensori e bioelettronica (2024). DOI:10.1016/j.bios.2024.116062
Fornito dall'Università della Scienza e della Tecnologia di Pohang
