Se pueden utilizar biosensores de nanomoléculas para contar células en división y detectar biomoléculas. Crédito:OIST
Un pequeño rectángulo de vidrio rosa, aproximadamente del tamaño de un sello postal, se sienta en el escritorio de la profesora Amy Shen. A pesar de su apariencia aparentemente modesta, este pequeño portaobjetos de vidrio tiene el potencial de revolucionar una amplia gama de procesos, desde el seguimiento de la calidad de los alimentos hasta el diagnóstico de enfermedades.
El portaobjetos está hecho de un material nanoplásmico:su superficie está recubierta de millones de nanoestructuras de oro. cada una tiene un tamaño de unas mil millonésimas de metro cuadrado. Los materiales plasmónicos absorben y dispersan la luz de formas interesantes, dándoles propiedades de detección únicas. Los materiales nanoplásmicos han atraído la atención de los biólogos, farmacia, físicos y científicos de materiales, con posibles usos en una amplia gama de campos, como la biodetección, almacenamiento de datos, generación de luz y células solares.
En varios artículos recientes, El profesor Shen y sus colegas de la Unidad de Micro / Bio / Nanofluídicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) describieron la creación de un nuevo material biosensor que puede usarse para monitorear procesos en células vivas.
"Uno de los principales objetivos de la nanoplásmica es buscar mejores formas de monitorear los procesos en las células vivas en tiempo real, ", dice el profesor Shen. La captura de dicha información puede revelar pistas sobre el comportamiento celular, pero crear nanomateriales en los que las células puedan sobrevivir durante largos períodos de tiempo sin interferir con los procesos celulares que se están midiendo es un desafío, ella explica.
Contando Dividir Células
Uno de los nuevos biosensores del equipo está hecho de un material nanoplásmico que puede acomodar una gran cantidad de células en un solo sustrato y monitorear la proliferación celular. un proceso fundamental que involucra el crecimiento y la división celular, en tiempo real. Ver este proceso en acción puede revelar información importante sobre la salud y las funciones de las células y los tejidos.
Ilustración esquemática de células (formas azules en forma de montaña) en la parte superior de estructuras en forma de hongo a nanoescala con tallos de dióxido de silicona y tapas de oro, que tienen el potencial de detectar la proliferación celular en tiempo real. Crédito:OIST
Investigadores de la Unidad de Micro / Bio / Nanofluidos de OIST describieron el sensor en un estudio publicado recientemente en la revista. Biosistemas avanzados .
La característica más atractiva del material es que permite que las células sobrevivan durante largos períodos de tiempo. "Generalmente, cuando pones células vivas en un nanomaterial, ese material es tóxico y mata las células, "dice el Dr. Nikhil Bhalla, investigador postdoctoral en OIST y primer autor del artículo. "Sin embargo, usando nuestro material, las células sobrevivieron durante más de siete días ". El material nanoplásmico también es muy sensible:puede detectar un aumento de células tan pequeñas como 16 de cada 1000 células.
El material se parece a un vidrio ordinario. Sin embargo, la superficie está recubierta de diminutas estructuras nanoplásmicas en forma de hongo, conocido como nanomushrooms, con tallos de dióxido de silicio y casquillos de oro. Juntos, estos forman un biosensor capaz de detectar interacciones a nivel molecular.
El biosensor funciona utilizando las tapas de nanomushroom como antenas ópticas. Cuando la luz blanca pasa a través del portaobjetos nanoplásmico, los nanomushrooms absorben y dispersan parte de la luz, cambiando sus propiedades. La absorbancia y la dispersión de la luz están determinadas por el tamaño, forma y material del nanomaterial y, más importante, también se ve afectado por cualquier medio en las proximidades del nanomushroom, como las células que se han colocado en el portaobjetos. Al medir cómo ha cambiado la luz una vez que emerge por el otro lado del tobogán, los investigadores pueden detectar y monitorear los procesos que ocurren en la superficie del sensor, como la división celular.
"Normalmente, tienes que agregar etiquetas, como colorantes o moléculas, a las celdas, para poder contar las células en división, "dice el Dr. Bhalla". Sin embargo, con nuestro método, los nanomushrooms pueden sentirlos directamente ".
Usando su innovadora técnica de impresión, la Unidad de Micro / Bio / Nanofluídica de OIST ha desarrollado un material nanoplásmico que contiene millones de estructuras en forma de hongo cubiertas con una capa uniforme de biomoléculas. Crédito:OIST
Ampliar
Este trabajo se basa en un nuevo método, desarrollado por científicos de la Unidad de Micro / Bio / Nanofluídicos de OIST, para la fabricación de biosensores de nanomontañas. La técnica fue publicada en la revista Materiales e interfaces aplicados de ACS en diciembre de 2017.
La producción de materiales nanoplásmicos a gran escala es un desafío porque es difícil garantizar la uniformidad en toda la superficie del material. Por esta razón, biosensores para exámenes clínicos de rutina, como pruebas de enfermedades, todavía faltan.
En respuesta a este problema, Los investigadores de la OIST desarrollaron una técnica de impresión novedosa para crear biosensores de nanomushroom a gran escala. Con su método, pudieron desarrollar un material que constaba de aproximadamente un millón de estructuras en forma de hongo sobre un sustrato de dióxido de silicio de 2,5 cm por 7,5 cm.
"Nuestra técnica es como hacer un sello, cubriéndolo con tinta hecha de moléculas biológicas, e imprimir en el portaobjetos nanoplásmico, "dice Shivani Sathish, un doctorado estudiante de OIST y coautor del artículo. Las moléculas biológicas aumentan la sensibilidad del material, lo que significa que puede detectar concentraciones extremadamente bajas de sustancias, como anticuerpos, y así detectar potencialmente enfermedades en sus etapas más tempranas.
"Utilizando nuestro método, es posible crear un biosensor altamente sensible que puede detectar incluso moléculas individuales, "dice el Dr. Bhalla, primer autor del artículo.
Los sensores plasmónicos y nanoplásmicos ofrecen herramientas importantes para muchos campos, desde la electrónica hasta la producción de alimentos y la medicina. Por ejemplo, en diciembre de 2017, La estudiante de doctorado de segundo año Ainash Garifullina de la Unidad desarrolló un nuevo material plasmónico para monitorear la calidad de los productos alimenticios durante el proceso de fabricación. Los resultados fueron publicados en la revista Métodos analíticos .
El profesor Shen y su unidad dicen que, en el futuro, Los materiales nanoplásmicos pueden incluso integrarse con tecnologías emergentes, como sistemas inalámbricos en dispositivos de microfluidos, permitiendo a los usuarios tomar lecturas de forma remota y minimizando así el riesgo de contaminación.
