Syntetyczne przeciwciała z MIT

Inżynierowie z MIT opracowali nową metodę wytwarzania sensorów zdolnych do wykrywania organicznych cząsteczek. Syntetyczne polimery opłaszczone na powierzchni z nanocząsteczek są zdolne do wiązania neurotransmiterów, markerów chorób, toksyn i innych. Technologia otwiera drogę do opracowania detektorów, które znajdą zastosowanie w wielu dziedzinach życia.

Struktura „syntetycznego przeciwciała” opiera się na węglowych nanorurkach, których jedną z właściwości jest fluorescencja pod wpływem światła laserowego. Zjawisko to jest wykorzystywane poprzez pokrywanie nanorurek naturalnymi przeciwciałami – po związaniu szukanej cząsteczki zmienia się intensywność fluorescencji. W ten sposób powstaje sensor.

Tym razem zostały one pokryte cząsteczkami polimerów o właściwościach amfifilowych – czyli posiadających jednocześnie właściwości hydrofobowe i hydrofilowe, tak jak cząsteczki lipidowe w błonach komórkach. Dzięki temu są zdolne do rozpoznawania szerokiego zakresu związków. Publikacja na ten temat ukazała się w Nature Nanotechnology.

Całkowicie syntetyczne struktury mają przewagę nad sensorami tworzonymi poprzez opłaszczanie na nanorurkach tradycyjnych przeciwciał, które często zawodzą wewnątrz żywych komórek lub tkanek. Inną popularną techniką wykrywania cząsteczek są aptamery DNA, będące krótkimi fragmentami DNA wiążącymi się z określonymi celami. Według głównego autora badania, profesora inżynierii chemicznej Michaela Strano, aptamery maja jednak ograniczony zakres detekcji.

Schemat ideowy technologii: polimer z częścią hydrofilową (czerwony) i hydrofobową (niebieski) jest absorbowany przez nanorurkę, i dzięki temu zyskuje określoną konformację, zdolną do wiązania określonego typu cząsteczki (zielony), co prowadzi do zmiany fali i intensywności fluorescencji nanorurki. (Ningqing Zhang i wsp./Nature Nanotechnology)

W publikacji opisano molekularne struktury rozpoznające, zdolne do tworzenia sensorów specyficznych dla ryboflawin, estradiolu, i L-tyroksyny (hormonu tarczycy). Trwają prace nad strukturami wiążącymi inne cząsteczki, takie jak neurotransmitery, węglowodany czy białka.

Technika opiera się zjawisku występującym , gdy określony polimer amfifilowy związany jest z węglową nanorurką – jego regiony hydrofobowe wiążą się z podłożem, podczas gdy regiony hydrofilowe formują pętle wystające poza rurki. Pętle te tworzą nową warstwę otaczającą nanorurkę, zwaną koroną. Zespół z MIT odkrył, że korona jest budowana w określonym porządku wzdłuż podłoża. Odległości pomiędzy punktami zaczepienia polimerów warunkują, jakie cząsteczki mogą związać się z wystającymi pętlami, wpływają też na zmianę fluorescencji nanorurek.

Polimer sam w sobie nie ma struktury warunkującej wiązanie się z wykrywanymi cząsteczkami. Dopiero gdy w określony sposób zwiąże się z nanorurką, wystające elementy utworzą miejsce wiązania o określonych właściwościach. Tylko w ten sposób można regulować, jakie cząsteczki może wykrywać. Jednocześnie na ten moment nie możemy przewidzieć dokładnie, co będzie wykrywał i wykorzystywana jest metoda prób i błędów - wystawiając sensor na różne typy cząsteczek. Trwają poszukiwania sposobu przewidzenia jego właściwości na podstawie badania struktury korony.

Według autorów rozwój techniki daje nowe narzędzie do wykrywania ważnych cząsteczek w sposób szybki i bez zastosowania problematycznych znaczników. Co więcej, narzędzia do tworzenia sensorów tego typu są relatywnie tanie i łatwo dostępne. W pierwszej kolejności autorzy wskazują na zastosowania typowo badawcze, jednak można łatwo zaprojektować na tej bazie detektory bio-markerów używanych w medycynie czy też sensory zanieczyszczeń środowiska. Autorzy są nastawieni niezwykle optymistycznie – według nich, w przeciwieństwie do technik wykorzystujących tradycyjne przeciwciała, zastosowanie tej technologii jest ograniczana jedynie wyobraźnia.

PODOBAŁO SIĘ? CHCESZ BYĆ NA BIEŻĄCO Z KOLEJNYMI ARTYKUŁAMI? 

>>POLUB NAS NA FACEBOOK<<

Red. Seweryn Frasinski

źródła:

web.mit.edu

Molecular recognition using corona phase complexes made of synthetic polymers adsorbed on carbon nanotubes. DOI: 10.1038/nnano.2013.236

Jingqing Zhang, Markita P. Landry, Paul W. Barone, Jong-Ho Kim, Shangchao Lin, Zachary W. Ulissi, Dahua Lin, Bin Mu, Ardemis A. Boghossian, Andrew J. Hilmer, Alina Rwei, Allison C. Hinckley, Sebastian Kruss, Mia A. Shandell, Nitish Nair, St (2013). Molecular recognition using corona phase complexes made of synthetic polymers adsorbed on carbon nanotubes Nature : 10.1038/nnano.2013.236