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Nano-tecnologie e diagnostica.

27 Mag

di Jane Palmer

Nanoparticelle d’oro progettate per rilevare proteine all’interno delle cellule, con il semplice uso di luce laser, potrebbero aprire la strada a strumenti di monitoraggio semplici e altamente sensibili utilizzabili per individuare coaguli di sangue ed altri disturbi.
Ricercatori scozzesi hanno dimostrato che queste particelle di recente ideazione sono capaci di rilevare la presenza di trombina, un biomarcatore per i coaguli di sangue, in campioni di sangue. Loro meta ultima, la creazione di test che prevedano l’iniezione dei nano sensori d’oro direttamente nel paziente, con la possibilità di misurare concentrazioni di proteine semplicemente facendo passare il laser attraverso la cute. Sul breve termine, questi strumenti permetteranno agli scienziati di studiare in maniera diretta come le proteine, ad esempio quelle coinvolte nelle infezioni virali, interagiscano con le cellule.
I sensori sono costituiti da un nucleo in silicio, del diametro di 120 nanometri, incapsulato in un sottile strato d’oro. Sul guscio d’oro sono montati degli aptameri, brevi filamenti di acidi nucleici progettati per legarsi a molecole specifiche. Quando l’aptamero viene investito dalla luce del laser, la molecola assorbe la luce e la respinge secondo un caratteristico spettro che viene chiamato il suo “segnale Raman.” Al momento di legarsi con una proteina, l’aptamero cambia conformazione, modificando di conseguenza anche lo spettro emesso. La superficie dorata del sensore amplifica il segnale incrementando i cambiamenti nel campo elettrico in risposta alla luce laser. “La particella d’oro fa le veci di un trasduttore per il laser,” racconta Colin Campbell, chimico per la University of Edinburgh, in Scozia, a capo della ricerca. Gli scienziati sono in grado di misurare i livelli presenti in soluzione della molecola in esame osservando i cambiamenti nello spettro. Facendo uso di questa tecnica, sono stati in grado di rilevare concentrazioni sub-femtomolari (10-12) di trombina nel siero umano. Lo studio è stato di recente pubblicata online su Chemical Communications. Secondo i ricercatori, la tecnica può essere adattata per rilevare un svariati tipi di proteine, ma hanno per ora deciso di concentrarsi sulla trombina.
In Gran Bretagna, paese dove i coaguli di sangue provocano all’anno una media di 25,000 morti, I medici eseguono una valutazione di rischio di coagulo su ogni paziente ammesso in ospedale contro il rischio di trombosi o coagulazione. Il test attualmente in uso richiede un prelievo di sangue ed un’analisi elaborata dove un anticorpo fluorescente si lega alla proteina. La nuova tecnologia offre l’occasione di monitorare con semplicità individui ad alto rischio ed evitare decessi da coagulo, afferma Campbell. Piuttosto che fornire una singola misura dei livelli di trombina, che sono soggetti a fluttuazioni, un simile test permetterebbe un monitoraggio continuativo e renderebbero possibile rilevare livelli pericolosi all’istante. “È molto importante riuscire a rilevare la presenza di proteine senza marcatori fluorescenti,” afferma Luke Lee, direttore del Biomolecular Nanotechnology Center presso la University of California, di Berkeley, non direttamente coinvolto nello studio. La marcatura a fluorescenza è complicata e soggetta a perdere di intensità, cosa che può confondere il segnale.
La ricerca ha dimostrato la capacità della nuova tecnica di rilevare concentrazioni minime di proteine in nulla più di un attolitro di sangue. Se una sensibilità tale è addirittura eccessiva per identificare un rischio di coagulo, è però importante in altri casi di malattie. Gli scienziati potrebbero registrare misurazioni in diversi organuli cellulari – compartimenti differenti all’interno della cellula – piuttosto che fare una valutazione di media sulla cellula intera. “Riuscire a rilevare la presenza della proteina a livelli di concentrazione così bassi è’ un risultato eccezionale,” afferma Lee. “Si potrebbe effettivamente individuare nella cellula cosa avvenga in un momento dato del processo di un’infezione virale,” dice Michael Ochsenkühn chimico presso la University of Edinburgh tra i ricercatori impegnati nello studio. Attualmente, gli scienziati di Edimburgo stanno utilizzando la tecnica per studiare le interazioni biomolecolari proprie delle malattie autoimmuni stanno anche studiando le interazioni tra ospite e agente patogeno per la ricerca virale. La squadra di Campbell ha già in precedenza dimostrato come gli involucri d’oro siano sicuri quando iniettati nelle cellule – né provocano morte cellulare, né impediscono il processo di crescita della cellula. Secondo i ricercatori, poiché l’oro non è interattivo, il corpo non rigetta l’impianto. Ma la tecnica deve ancora superare svariati ostacoli prima di poter essere utilizzata per applicazioni mediche. “Il limite di questo studio è dato dalla necessità di un aptamero capace di catturare una proteina specifica,” dice Jaebum Choo chimico analitico presso la Hanyang University in Corea, non coinvolto nello studio. “Se gli aptaemri specifici per la trombina sono ben noti, ad ora sono pochi quelli noti per altre proteine. Per lo sviluppo di questa tecnologia, biologi e biochimici dovranno impegnarsi ad individuare aptameri di riferimento per altre importanti proteine”.

 
 

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