Los ingenieros químicos del MIT han desarrollado una forma novedosa de generar nanopartículas que pueden reconocer moléculas específicas, abriendo un nuevo enfoque para la construcción de sensores duraderos para muchos compuestos diferentes, entre otras aplicaciones.

Para crear estos "anticuerpos sintéticos, "los investigadores utilizaron nanotubos de carbono:huecos, Cilindros de carbono de nanómetros de espesor que emiten fluorescencia de forma natural cuando se exponen a la luz láser. En el pasado, Los investigadores han aprovechado este fenómeno para crear sensores recubriendo los nanotubos con moléculas, como los anticuerpos naturales, que se unen a un objetivo en particular. Cuando se encuentra el objetivo, la fluorescencia del nanotubo de carbono se aclara o se atenúa.

El equipo del MIT descubrió que podían crear sensores novedosos recubriendo los nanotubos con polímeros anfifílicos diseñados específicamente, polímeros que se atraen tanto al aceite como al agua. como jabón. Este enfoque ofrece una gran variedad de sitios de reconocimiento específicos para diferentes objetivos, y podría usarse para crear sensores para monitorear enfermedades como el cáncer, inflamación, o diabetes en sistemas vivos.

"Esta nueva técnica nos brinda una capacidad sin precedentes para reconocer cualquier molécula diana mediante el cribado de complejos de nanotubos y polímeros para crear análogos sintéticos de la función del anticuerpo". "dice Michael Strano, el profesor Carbon P. Dubbs de ingeniería química en el MIT y autor principal del estudio, que aparece en la edición en línea del 24 de noviembre de Nanotecnología de la naturaleza .

Los autores principales del artículo son el reciente doctor Jingqing Zhang, postdoctorado Markita Landry, y los ex postdoctorados Paul Barone y Jong-Ho Kim.

Anticuerpos sintéticos

Los nuevos sensores basados ​​en polímeros ofrecen un enfoque de diseño sintético para la producción de sitios de reconocimiento molecular, lo que permite, entre otras aplicaciones, la detección de una biblioteca de objetivos potencialmente infinita. Es más, este enfoque puede proporcionar una alternativa más duradera para recubrir sensores como nanotubos de carbono con anticuerpos reales, que puede descomponerse en el interior de células y tejidos vivos. Otra familia de moléculas de reconocimiento de uso común son los aptámeros de ADN, que son fragmentos cortos de ADN que interactúan con objetivos específicos, dependiendo de la secuencia del aptámero. Sin embargo, no hay aptámeros específicos para muchas de las moléculas que uno podría querer detectar, Dice Strano.

En el nuevo periódico, los investigadores describen sitios de reconocimiento molecular que permiten la creación de sensores específicos para la riboflavina, estradiol (una forma de estrógeno), y L-tiroxina (una hormona tiroidea), pero ahora están trabajando en sitios para muchos otros tipos de moléculas, incluyendo neurotransmisores, carbohidratos y proteínas.

Su enfoque aprovecha un fenómeno que ocurre cuando ciertos tipos de polímeros se unen a un nanotubo de carbono. Estos polímeros, conocido como anfifílico, tienen regiones hidrofóbicas e hidrofílicas. Estos polímeros están diseñados y sintetizados de manera que cuando los polímeros se exponen a nanotubos de carbono, las regiones hidrófobas se enganchan a los tubos como anclajes y las regiones hidrófilas forman una serie de bucles que se extienden desde los tubos.

Estos bucles forman una nueva capa que rodea al nanotubo, conocido como corona. Los investigadores del MIT encontraron que los bucles dentro de la corona están dispuestos con mucha precisión a lo largo del tubo, y el espacio entre los anclajes determina qué molécula objetivo podrá encajar en los bucles y alterar la fluorescencia del nanotubo de carbono.

Interacciones moleculares

¿Qué tiene de especial este enfoque? los investigadores dicen, es que el reconocimiento molecular no podría predecirse mirando la estructura de la molécula objetivo y el polímero antes de que se adhiera al nanotubo.

"La idea es que un químico no podría mirar el polímero y entender por qué este reconocería el objetivo, porque el polímero en sí mismo no puede reconocer selectivamente estas moléculas. Tiene que adsorberse en el nanotubo y luego, al tener ciertas secciones del polímero expuestas, forma un sitio de unión, "Dice Strano.

Laurent Cognet, científico senior del Instituto de Óptica de la Universidad de Burdeos, dice que este enfoque debería resultar útil para muchas aplicaciones que requieren una detección confiable de moléculas específicas.

"Este nuevo concepto, basándose en el reconocimiento molecular de la propia fase adsorbida, no requiere el uso de anticuerpos o moléculas equivalentes para lograr el reconocimiento de moléculas específicas y, por lo tanto, proporciona una ruta alternativa prometedora para la detección molecular 'a pedido', "dice Cognet, que no formaba parte del equipo de investigación.

Los investigadores utilizaron un procedimiento de prueba y error asistido por robot para probar unos 30 nanotubos recubiertos de polímero contra tres docenas de posibles objetivos, dando tres golpes. Ahora están trabajando en una forma de predecir tales interacciones entre polímeros y nanotubos basándose en la estructura de las capas de corona. utilizando datos generados a partir de un nuevo tipo de microscopio que Landry construyó para obtener imágenes de las interacciones entre las coronas de nanotubos de carbono y sus objetivos.

"Lo que le está sucediendo al polímero y la fase corona ha sido un misterio, por lo que este es un paso adelante en la obtención de más datos para abordar el problema de cómo diseñar un objetivo para una molécula específica, "Dice Landry.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.