Apenas unos meses después de establecer un récord de detección del virus más pequeño en solución, investigadores del Instituto Politécnico de la Universidad de Nueva York (NYU-Poly) han anunciado un nuevo avance:utilizaron una versión nano mejorada de su biosensor de microcavidad patentado para detectar una única proteína marcadora de cáncer, que es una sexta parte del tamaño del virus más pequeño, e incluso moléculas más pequeñas por debajo de la masa de todos los marcadores conocidos. Este logro rompe el récord anterior, establecer un nuevo punto de referencia para el límite de detección más sensible, y puede promover significativamente el diagnóstico temprano de enfermedades. A diferencia de la tecnología actual, que une una molécula fluorescente, o etiqueta, al antígeno para permitir que se vea, el nuevo proceso detecta el antígeno sin una etiqueta que interfiera.

Stephen Arnold, profesor universitario de física aplicada y miembro del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de Othmer-Jacobs, detalles publicados del logro en Nano letras , una publicación de la American Chemical Society.

En 2012, Arnold y su equipo pudieron detectar en solución el virus de ARN más pequeño conocido, MS2, con una masa de 6 attogramos. Ahora, con el trabajo experimental de la becaria postdoctoral Venkata Dantham y el ex alumno David Keng, Se han detectado dos proteínas:una proteína marcadora de cáncer humana llamada tiroglobulina, con una masa de solo 1 attogramo, y la forma bovina de una proteína plasmática común, albúmina de suero, con una masa mucho menor de 0,11 attogramo. "Un attograma es una millonésima de millonésima de millonésima de gramo, "dijo Arnold, "y creemos que nuestro nuevo límite de detección puede ser inferior a 0,01 attogramo".

Este último hito se basa en una técnica iniciada por Arnold y colaboradores de NYU-Poly y Fordham University. En 2012, los investigadores establecieron el primer récord de tamaño al tratar un nuevo biosensor con nano-receptores de oro plasmónicos, mejorando el campo eléctrico del sensor y permitiendo que se detecten incluso los cambios más pequeños en la frecuencia de resonancia. Su plan era diseñar un dispositivo de diagnóstico médico capaz de identificar una sola partícula de virus en un punto de atención. sin el uso de preparaciones de ensayo especiales.

En el momento, la noción de detectar una sola proteína, fenomenalmente más pequeña que un virus, se planteó como el objetivo final.

"Las proteínas corren el cuerpo, "explicó Arnold." Cuando el sistema inmunológico se encuentra con un virus, bombea grandes cantidades de proteínas de anticuerpos, y todos los cánceres generan marcadores proteicos. Una prueba capaz de detectar una sola proteína sería la prueba de diagnóstico más sensible que se pueda imaginar ".

Para sorpresa de los investigadores, El examen de su nanorreceptor bajo un microscopio electrónico de transmisión reveló que la superficie de su capa de oro estaba cubierta de protuberancias aleatorias del tamaño de una proteína. Mapeo por computadora y simulaciones creadas por Stephen Holler, una vez estudiante de Arnold y ahora profesor asistente de física en la Universidad de Fordham, demostró que estas irregularidades generan su propio campo de sensibilidad local altamente reactivo que se extiende varios nanómetros, amplificando las capacidades del sensor mucho más allá de las predicciones originales. "Un virus es demasiado grande para que este campo lo ayude a detectarlo, "Dijo Arnold." Las proteínas tienen solo unos pocos nanómetros de diámetro, exactamente el tamaño correcto para registrar en este espacio ".

Las implicaciones de la detección de una sola proteína son importantes y pueden sentar las bases para mejorar la terapéutica médica. Entre otros avances, Arnold y sus colegas postulan que la capacidad de seguir una señal en tiempo real, para presenciar realmente la detección de una única proteína marcadora de enfermedad y rastrear su movimiento, puede proporcionar una nueva comprensión de cómo las proteínas se unen a los anticuerpos.

Arnold llamó al método novedoso de detección sin etiquetas "biosensores susurrantes en modo galería" porque las ondas de luz en el sistema le recordaron la forma en que las voces rebotan en la galería susurrante bajo la cúpula de la catedral de St. Paul en Londres. Un láser envía luz a través de una fibra de vidrio a un detector. Cuando se coloca una microesfera contra la fibra, ciertas longitudes de onda de luz se desvían hacia la esfera y rebotan en el interior, creando una inmersión en la luz que recibe el detector. Cuando una molécula como un marcador de cáncer se adhiere a una nanocapa de oro adherida a la microesfera, La frecuencia de resonancia de la microesfera cambia en una cantidad medible.