(Phys.org) - Pequeñas cámaras biomoleculares llamadas nanoporos que se pueden calentar selectivamente pueden ayudar a los médicos a diagnosticar enfermedades de manera más eficaz si una investigación reciente de un equipo del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), Wheaton College, y Virginia Commonwealth University (VCU) resulta eficaz. Aunque los hallazgos pueden tardar años en aplicarse en la clínica, Es posible que algún día mejoren la capacidad de los médicos para buscar rápidamente en el torrente sanguíneo indicadores de enfermedad, un objetivo de larga data de la investigación médica.

El equipo ha sido pionero en el trabajo sobre el uso de nanoporos, pequeñas cámaras que imitan los canales iónicos en las membranas de las células, para la detección e identificación de una amplia gama de moléculas. incluido el ADN. Los canales de iones son las puertas de entrada por las que la célula admite y expulsa materiales como proteínas, iones y ácidos nucleicos. El canal de iones típico es tan pequeño que solo cabe una molécula a la vez.

Previamente, los miembros del equipo insertaron un nanoporo en una membrana celular artificial, que colocaron entre dos electrodos. Con esta configuración, podrían conducir moléculas individuales al nanoporo y atraparlas allí durante unos milisegundos, suficiente para explorar algunas de sus características físicas.

"Una sola molécula crea un cambio marcado en la corriente que fluye a través del poro, lo que nos permite medir la masa y la carga eléctrica de la molécula con alta precisión, "dice Joseph Reiner, un físico en VCU que anteriormente trabajó en NIST. "Esto permite la discriminación entre diferentes moléculas a alta resolución. Pero para el trabajo médico del mundo real, los médicos y los médicos necesitarán una capacidad de medición aún más avanzada ".

Un objetivo del trabajo del equipo es diferenciar no solo entre varios tipos de moléculas, pero entre los muchos miles de proteínas diferentes y otros biomarcadores en nuestro torrente sanguíneo. Por ejemplo, Los cambios en los niveles de proteínas pueden indicar la aparición de una enfermedad. pero con tantas moléculas similares en la mezcla, es importante no confundir uno con otro. Entonces, el equipo expandió su capacidad de medición al unir nanopartículas de oro a nanoporos diseñados, "que proporciona otro medio para discriminar entre varias especies moleculares mediante el control de la temperatura, "Dice Reiner.

El equipo unió nanopartículas de oro al nanoporo mediante ataduras hechas de hebras de ADN complementarias. La capacidad de Gold para absorber luz y convertir rápidamente su energía en calor que conduce a la solución adyacente permite al equipo alterar la temperatura del nanoporo con un láser a voluntad. cambiando dinámicamente la forma en que las moléculas individuales interactúan con él.

"Históricamente, Se utilizaron cambios bruscos de temperatura para determinar la velocidad de las reacciones químicas que antes eran inaccesibles a la medición. ", dice el biofísico del NIST John Kasianowicz." La capacidad de cambiar rápidamente las temperaturas en volúmenes proporcionales al tamaño de las moléculas individuales permitirá la separación de especies sutilmente diferentes. Esto no solo ayudará a la detección e identificación de biomarcadores, también ayudará a desarrollar una comprensión más profunda de los procesos termodinámicos y cinéticos en moléculas individuales ".

El equipo está investigando formas de mejorar los nanoporos basados ​​en semiconductores, lo que podría ampliar aún más esta nueva capacidad de medición.