Anhelando encontrar una cura para el cáncer VIH y otras enfermedades incurables, los investigadores ya han probado cientos de medicamentos, cada uno de los cuales requiere pruebas preclínicas y clínicas con sujetos vivos. ¿Cuántos agentes químicos más probar? A tal ritmo, ¿Encontraremos la cura durante nuestra vida?

Una de las formas más fáciles de acelerar el proceso de desarrollo de un fármaco es simplemente realizarlo fuera del cuerpo vivo (p. Ej., observando cómo las sustancias reaccionan con las muestras más pequeñas de tejido vivo y, por lo tanto, prediciendo rápidamente el efecto general que tendrá dentro del cuerpo). Este enfoque eventualmente proporcionará una selección preclínica más eficaz de candidatos a fármacos para ensayos clínicos costosos y a largo plazo. Esto podría acercar la ciencia a curas tan buscadas.

Investigadores del Laboratorio de Nanoóptica y Plasmónica, El Instituto de Física y Tecnología de Moscú - MIPT (Rusia) ha ideado un nuevo tipo de biosensor de óxido de grafeno (GO) que podría acelerar potencialmente el proceso de desarrollo de fármacos. Las excelentes propiedades de este alótropo de carbono mejoran significativamente la sensibilidad biosensor, que en el futuro puede permitir el desarrollo de nuevos medicamentos y vacunas contra muchas enfermedades peligrosas, incluido el VIH, hepatitis y cáncer. La investigación, dirigido por Yury Stebunov, científico del MIPT, fue publicado en el Interfaces y materiales aplicados ACS . El artículo se titula "Chips sensores altamente sensibles y selectivos con una capa de enlace de óxido de grafeno". Valentyn Volkov es el coautor principal, profesor invitado de la Universidad del Sur de Dinamarca. Otros coautores son Olga Aftenieva y Aleksey Arsenin.

Los nuevos chips biosensores basados ​​en GO explotan el fenómeno de la resonancia de plasmón de superficie (SPR). Los plasmones de superficie son ondas electromagnéticas que se propagan a lo largo de una interfaz metal-dieléctrica (p. Ej., oro / aire) con amplitudes que decaen exponencialmente en el medio vecino. La adsorción de moléculas de una solución a una superficie de detección altera el índice de refracción del medio cerca de esta superficie y, por lo tanto, cambia las condiciones de SPR. Estos sensores pueden detectar la adsorción de biomoléculas incluso a unas pocas billonésimas de gramo por milímetro cuadrado. Debido a estas propiedades, SPR biosensing es una plataforma destacada para impulsar el progreso tecnológico en las áreas de la medicina y la biotecnología. Sin embargo, la característica más distintiva de estos sensores es la capacidad de "visualizar" interacciones moleculares en tiempo real.

"La detección biológica de SPR es una herramienta valiosa para investigar una amplia gama de reacciones bioquímicas, estimar su cinética química y otras características. Todo esto se puede utilizar de manera eficiente para el descubrimiento y la validación de nuevos fármacos. La introducción generalizada de este método en los ensayos preclínicos cambiará por completo la industria farmacéutica. Con sensores SPR, solo necesitamos estimar la interacción entre el fármaco y los objetivos en la superficie de detección, "Dijo Stebunov.

La mayoría de los chips sensores SPR comerciales comprenden una placa de vidrio delgada cubierta por una capa de oro con capas de tiol o polímero. La biosensibilidad depende de las propiedades de la superficie del chip. Una mayor capacidad de unión de biomoléculas aumenta los niveles de señal y la precisión del análisis. Durante los últimos años, nuevos materiales de carbono como el grafeno han atraído mucha atención debido a su gran superficie, fabricación de bajo costo, e interacción con una amplia gama de biomoléculas.

Stebunov y el equipo del Laboratorio de Nanoóptica y Plasmónica de MIPT crearon y patentaron un nuevo tipo de chips sensores SPR con la capa de enlace GO. El material tiene propiedades ópticas y químicas más atractivas que el grafeno prístino. Las "escamas" de GO se depositaron en la capa de oro de 35 nm, seguido de una capa de proteína estreptavidina para la inmovilización selectiva de biomoléculas.

Los científicos realizaron una serie de experimentos comparando el chip GO, un chip disponible comercialmente con una capa de dextrano carboximetilado (CMD), y un chip cubierto por grafeno monocapa. Los experimentos mostraron que el chip GO propuesto tiene una sensibilidad tres veces mayor que el chip CMD y 3,7 veces más que el chip con grafeno prístino. These results mean that the new chip needs fewer molecules for detecting a compound and can be used for analysis of chemical reactions with small drug molecules. An important advantage of the new GO-based sensor chips is their simplicity and low-cost fabrication compared to sensor chips that are already commercially available.

"Our invention will help in drug development against viral and cancer diseases. We are expecting that the pharmaceutical industry will express a strong demand for our technology, " Stebunov said.

"The sensor can also find applications in food quality control and toxin screening, and the sensor can significantly shorten the time for a clinical diagnostic, " researcher added. However, clinical trials with the chip are still needed for medical applications.