I pazienti alle prese con alcune malattie croniche spesso devono attendere anni per una diagnosi corretta. Ad esempio, sintomi come la mancanza di respiro possono essere attribuiti a molti disturbi polmonari e cardiovascolari, quindi i pazienti possono essere trattati per una malattia diagnosticata erroneamente che è lontana da una diagnosi e da un trattamento accurati.

Pertanto, uno dei metodi più promettenti per affrontare questo problema è monitorare i livelli di composti specifici nel corpo durante lo sviluppo di una malattia specifica. Muovendosi in questa direzione, gli scienziati dell'Istituto di Chimica Fisica dell'Accademia Polacca delle Scienze (Varsavia, Polonia) e dell'Università Nazionale di Kaohsiung a Kaohsiung (Kaohsiung, Taiwan) hanno presentato le loro ricerche sullo sviluppo di un metodo per la diagnosi rapida ed efficace di una malattia letale malattia polmonare.

La fibrosi polmonare idiopatica (IPF) è una malattia cronica che causa fibrosi polmonare con esiti fatali, che portano al soffocamento. I suoi sintomi più comuni sono tosse secca e mancanza di respiro, che possono essere associati a molteplici disturbi. Pertanto, spesso può essere diagnosticata erroneamente come molte malattie diverse, rendendo la diagnosi accurata lunga e ardua, con un impatto drammatico sulla qualità della vita di un paziente.

Inoltre, i sintomi possono essere ritardati finché non è troppo tardi per trattare il paziente con successo. Lo sviluppo dell’IPF è ancora un mistero medico. Pertanto, vi è un’enorme necessità di una diagnosi precoce dell’IPF. Il rilevamento elettrochimico dei biomarcatori dell’IPF è una delle soluzioni. I biomarcatori sono composti specifici, ad esempio proteine, acidi nucleici o altri composti prodotti in modo anomalo dall’organismo durante lo sviluppo della malattia. Per l'IPF si possono distinguere diversi biomarcatori.

Uno di questi è la metalloproteinasi-1 della matrice (MMP-1), che degrada i collageni fibrillari nel tratto respiratorio. Nonostante le ben note proprietà chimiche dell'MMP-1, il monitoraggio rapido di questo biomarcatore nei fluidi corporei come parte della progressione dell'IPF è oggi ben lungi dall'essere una diagnosi da sogno.

Recentemente, i ricercatori dell’Istituto di Chimica Fisica dell’Accademia Polacca delle Scienze (IPC PAS) di Varsavia (Polonia), in collaborazione con scienziati del Dipartimento di Ingegneria Chimica e dei Materiali dell’Università Nazionale di Kaohsiung di Kaohsiung (Taiwan), hanno preso di mira monitorare l'IPF e una diagnostica rapida ideando un nuovo chemosensore elettrochimico per la determinazione selettiva, rapida ed efficiente del biomarcatore dell'IPF, in particolare MMP-1.

Per preparare questo chemosensore, i ricercatori si sono affidati all’imprinting molecolare nei polimeri, una tecnica basata sulla miscelazione di un monomero funzionale, un agente reticolante e un modello, seguita dalla generazione di una matrice polimerica che forma cavità molecolari a forma di (molecola modello) corrispondenti una chiave molecolare che si inserisce nella serratura polimerica.

Nello specifico, hanno modificato l'elettrodo trasparente (un vetrino rivestito con l'ossido conduttore di indio-stagno chiamato ITO) con un polimero a impronta molecolare (MIP), poli (TPARA-co-EDOT), costituito da due monomeri, EDOT e TPARA. Inoltre, drogato con un MoS₂ -Materiale traballante 2D, il MIP è stato modellato con l'epitopo peptidico del biomarcatore della proteina MMP-1.

Quindi, questo stampo è stato rimosso dal MIP, lasciando cavità molecolari di forma e dimensione caratteristiche delle molecole di epitopo peptidico utilizzate per l'imprinting. Poiché le cavità corrispondono a queste caratteristiche molecole peptidiche, il MIP può essere facilmente utilizzato per determinare la molecola corrispondente. Curiosamente, drogando il MIP con MoS₂ migliorato significativamente il limite di rilevamento dell'MMP-1 rispetto al MIP non drogato.

Il Dr. Piyush S. Sharma afferma:"L'incorporazione di nuovi materiali nei chemosensori elettrochimici può migliorare le loro prestazioni e aiutare a chiarire il loro meccanismo di rilevamento. Nella nostra ricerca, il MIP basato su (epitopo peptidico) è stato drogato con MoS₂ scaglie con una dimensione media di 0,6−1,5 μm durante la sua deposizione come film sottile su un elettrodo ITO. In sostanza, questo doping ha raddoppiato la risposta elettrochimica (sopra lo sfondo) al biomarcatore della proteina MMP-1 bersaglio."

La macromolecola MMP-1 ha diversi peptidi situati ai suoi bordi, i cosiddetti epitopi, riconosciuti dal sistema immunitario. Questi epitopi possono essere impiegati con successo come impronta nei chemosensori elettrochimici MIP. Poiché l'imprinting delle proteine ​​non avrebbe portato alla loro determinazione con successo, portando a grandi cavità che si adattano a molti composti di molecole più piccole, le molecole impresse erano di epitopo peptidico, molto più piccole delle proteine.

Inoltre, oltre alle loro dimensioni più piccole, i peptidi sono più stabili delle proteine ​​in condizioni sperimentali, compreso l’utilizzo di un solvente organico durante la formazione di una pellicola polimerica sulla superficie dell’elettrodo. Vale la pena ricordare che utilizzando MoS₂ i fiocchi consentono il rilevamento del biomarcatore MMP-1 e, quindi, della fibrosi polmonare idiopatica.

"La MoS₂ Le prestazioni degli elettrodi rivestiti con film pAIP drogati sono paragonabili a quelle della letteratura recente. Infine, l'elettrodo è stato utilizzato per determinare l'MMP-1 nei terreni di coltura delle cellule HEK293T geneticamente modificate e, rispetto a un test ELISA commerciale, la sua precisione era elevata," osserva il prof. Włodzimierz Kutner.

Questa ricerca, dettagliata in ACS Applied Nano Materials , è promettente per il monitoraggio dello sviluppo di malattie croniche e progressive di eziologia e patogenesi sconosciute, inclusa la fibrosi polmonare idiopatica.

C’è ancora spazio per testare il rilevamento in condizioni dirompenti, ma si spera che l’imprinting molecolare nei polimeri otterrà maggiore attenzione e applicazione in biomedicina, avvicinando la società a una diagnosi rapida e accurata di molte malattie impegnative. I ricercatori sperano che il loro concetto collaudato di un chemosensore elettrochimico a impronta molecolare possa essere adattato anche ad altre malattie e alla medicina personalizzata.

Ulteriori informazioni: Mei-Hwa Lee et al, MoS₂ Elettrodi rivestiti con polimeri impressi con peptidi drogati con nanosheet per la determinazione elettrochimica dell'espressione di proteine ​​attivate da CRISPR/dCas9, nanomateriali applicati ACS (2023). DOI:10.1021/acsanm.3c04130

Fornito dall'Accademia Polacca delle Scienze