Por primera vez, los ingenieros del MIT han diseñado sensores que pueden detectar moléculas de proteínas individuales a medida que son secretadas por las células o incluso por una sola célula.
Estos sensores, que consisten en nanotubos de carbono modificados químicamente, podrían ayudar a los científicos con cualquier aplicación que requiera detectar cantidades muy pequeñas de proteínas, como el seguimiento de la infección viral, el monitoreo de la fabricación de proteínas útiles por parte de las células o la revelación de contaminación alimentaria, dicen los investigadores.
"Esperamos utilizar conjuntos de sensores como este para buscar la 'aguja en un pajar'", dice Michael Strano, profesor de Ingeniería Química de Carbon P. Dubbs en el MIT. "Estos conjuntos representan las plataformas de detección molecular más sensibles quetenemos a nuestra disposición tecnológicamente. Puede funcionalizarlos para que pueda ver las fluctuaciones estocásticas de moléculas individuales que se unen a ellos ".
Strano es el autor principal de un 23 de enero Nanotecnología de la naturaleza documento que describe los nuevos sensores. El autor principal del artículo es Markita Landry, una ex postdoctorado del MIT que ahora es profesora asistente en la Universidad de California en Berkeley.
Otros autores del MIT son el científico investigador Hiroki Ando, el ex alumno graduado Allen Chen, los posdoctorales Jicong Cao y Juyao Dong, y el profesor asociado de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación Timothy Lu. Vishal Kottadiel de la Universidad de Harvard y Linda Chio y Darwin Yang de la Universidadde California en Berkeley también son autores.
Sin límite de detección
El laboratorio de Strano ha desarrollado previamente sensores que pueden detectar muchos tipos de moléculas, todos basados en modificaciones de nanotubos de carbono: cilindros huecos de nanómetros de carbono que fluorescen naturalmente cuando se exponen a la luz láser. Para convertir los nanotubos en sensores,El laboratorio de Strano los recubre con ADN, proteínas u otras moléculas que pueden unirse a un objetivo específico. Cuando el objetivo está unido, la fluorescencia de los nanotubos cambia de manera mensurable.
En este caso, los investigadores usaron cadenas de ADN llamadas aptámeros para recubrir los nanotubos de carbono. Los esfuerzos previos para usar los aptámeros de ADN se han visto obstaculizados por la dificultad de lograr que el aptámero se adhiera al nanotubo mientras mantiene la configuración que necesita para unirsea su objetivo.
Landry superó este desafío al agregar una secuencia "espaciadora" entre la sección del aptámero que se une al nanotubo y la sección que se une al objetivo, permitiendo a cada región la libertad de realizar su propia función. Los investigadores demostraron con éxito sensores parauna proteína de señalización llamada RAP1 y una proteína viral llamada integrasa VIH1, y creen que el enfoque debería funcionar para muchas otras proteínas.
Para controlar la producción de proteínas de células individuales, los investigadores configuraron una matriz de sensores en un portaobjetos de microscopio. Cuando se coloca una sola célula bacteriana, humana o de levadura en la matriz, los sensores pueden detectar cada vez que la célula secreta una moléculade la proteína objetivo.
"Las matrices de nanosensores como esta no tienen límite de detección", dice Strano. "Pueden ver moléculas individuales".
Sin embargo, existe una compensación: cuantas menos moléculas haya, más tiempo demorará en detectarlas. A medida que la molécula se vuelve más escasa, la detección puede tomar una cantidad infinita de tiempo, dice Strano.
Herramientas útiles
Los conjuntos de sensores podrían ser útiles para muchas aplicaciones diferentes, dicen los investigadores.
"Esta plataforma abrirá un nuevo camino para detectar pequeñas cantidades de proteínas secretadas por microorganismos", dice Dong. "Avanzará la investigación biológica [sobre] la generación de moléculas de señal, así como los [esfuerzos de la industria biofarmacéutica para monitorear]salud de microorganismos y calidad del producto "
En el ámbito farmacéutico, estos sensores podrían usarse para probar células diseñadas para ayudar a tratar la enfermedad. Muchos investigadores ahora están trabajando en un enfoque en el que los médicos eliminarían las células de un paciente, las diseñarían para expresar una proteína terapéutica y las colocarían de nuevoen el paciente
"Creemos que estas matrices de nanosensores serán herramientas útiles para medir estas células preciosas y asegurarse de que funcionan de la manera que usted desea", dice Strano.
Él dice que los investigadores también podrían usar las matrices para estudiar la infección viral, la función del neurotransmisor y un fenómeno llamado detección de quórum, que permite a las bacterias comunicarse entre sí para coordinar su expresión génica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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