una imagen TEM (izquierda, reproducido al menos 3 veces) y bocetos (derecha) de la estructura de origami de ADN utilizada para el ensamblaje de nanoantenas con la posición del hotspot plasmónico indicada en rojo. En la parte superior derecha se muestra una imagen TEM promediada por clase representativa del origami de ADN utilizado. b Esquemas del ensamblaje de NACHOS:la construcción de origami de ADN se une a la superficie recubierta de BSA-biotina a través de interacciones biotina-NeutrAvidina, Las partículas de plata de 100 nm funcionalizadas con ADN tiolado se unen a la nanoantena de origami de ADN a través de hebras de unión de poliadenina (A20) en la geometría en forma de cremallera para minimizar la distancia entre el origami y las nanopartículas30. c Imagen TEM de un NACHOS con nanopartículas de plata de 100 nm (reproducida al menos 3 veces). d Transitorios de intensidad de fluorescencia de una sola molécula, medido por microscopía confocal, normalizado al mismo poder de excitación de un solo colorante Alexa Fluor 647 incorporado en un origami de ADN (naranja) y en una nanoantena de origami de ADN con dos nanopartículas de plata de 100 nm (azul) excitadas a 639 nm e. Distribución de la mejora de la fluorescencia de Alexa Fluor 647 medida en NACHOS con nanopartículas de plata de 100 nm. Se analizaron un total de 164 y 449 moléculas individuales en la referencia (se proporcionan más ejemplos en la Fig.3 complementaria) y las estructuras NACHOS. respectivamente. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza (2021). DOI:10.1038 / s41467-021-21238-9
Los investigadores de Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) en Munich muestran que la luz emitida por una sola molécula se puede detectar con una configuración óptica de bajo costo. Su prototipo podría facilitar el diagnóstico médico.
Los biomarcadores juegan un papel central en el diagnóstico de la enfermedad y la evaluación de su curso. Entre los marcadores que se utilizan actualmente se encuentran los genes, proteínas, hormonas lípidos y otras clases de moléculas. Los biomarcadores se pueden encontrar en la sangre, en el líquido cefalorraquídeo, orina y varios tipos de tejidos, pero la mayoría de ellos tienen una cosa en común:ocurren en concentraciones extremadamente bajas, y por lo tanto son técnicamente difíciles de detectar y cuantificar.
Muchos procedimientos de detección utilizan sondas moleculares, como anticuerpos o secuencias cortas de ácidos nucleicos, que están diseñados para unirse a biomarcadores específicos. Cuando una sonda reconoce y se une a su objetivo, Las reacciones químicas o físicas dan lugar a señales de fluorescencia. Tales métodos funcionan bien, siempre que sean lo suficientemente sensibles para reconocer el biomarcador relevante en un alto porcentaje de todos los pacientes que lo portan en la sangre. Además, antes de que estas pruebas basadas en fluorescencia puedan utilizarse en la práctica, los propios biomarcadores o sus señales deben amplificarse. El objetivo final es permitir que el cribado médico se lleve a cabo directamente en los pacientes, sin tener que enviar las muestras a un laboratorio distante para su análisis.
Las antenas moleculares amplifican las señales de fluorescencia
Philip Tinnefeld, quien tiene una cátedra en Química Física en LMU, ha desarrollado una estrategia para determinar los niveles de biomarcadores presentes en concentraciones bajas. Ha logrado acoplar sondas de ADN a pequeñas partículas de oro o plata. Los pares de partículas ('dímeros') actúan como nano antenas que amplifican las señales de fluorescencia. El truco funciona de la siguiente manera:las interacciones entre las nanopartículas y las ondas de luz entrantes intensifican los campos electromagnéticos locales, y esto a su vez conduce a un aumento masivo de la amplitud de la fluorescencia. De este modo, Se pueden detectar específicamente bacterias que contienen genes de resistencia a antibióticos e incluso virus.
"Las nano antenas basadas en ADN se han estudiado durante los últimos años, "dice Kateryna Trofymchuk, primer autor conjunto del estudio. "Pero la fabricación de estas nanoestructuras presenta desafíos". El grupo de investigación de Philip Tinnefeld ahora ha logrado configurar los componentes de sus nano antenas con mayor precisión, y en el posicionamiento de las moléculas de ADN que sirven como sondas de captura en el sitio de amplificación de la señal. Juntos, estas modificaciones permiten que la señal de fluorescencia se amplifique de forma más eficaz. Es más, en el minúsculo volumen involucrado, que es del orden de zeptolitros (un zeptolitro equivale a 10-21 de litro), se pueden capturar incluso más moléculas.
El alto grado de control de posicionamiento es posible gracias a la nanotecnología del ADN, que explota las propiedades estructurales del ADN para guiar el ensamblaje de todo tipo de objetos a nanoescala, en cantidades extremadamente grandes. "En una muestra, podemos producir simultáneamente miles de millones de estas nano antenas, utilizando un procedimiento que consiste básicamente en pipetear algunas soluciones juntas, "dice Trofymchuk.
Diagnóstico de rutina en el teléfono inteligente
"En el futuro, "dice Viktorija Glembockyte, también primer autor conjunto de la publicación, "Nuestra tecnología podría utilizarse para pruebas de diagnóstico incluso en áreas en las que el acceso a la electricidad o al equipo de laboratorio está restringido. Hemos demostrado que podemos detectar directamente pequeños fragmentos de ADN en el suero sanguíneo, usando un portátil, microscopio para teléfonos inteligentes que se ejecuta en un paquete de alimentación USB convencional para monitorear el ensayo. "Los teléfonos inteligentes más nuevos generalmente están equipados con cámaras bastante buenas. Aparte de eso, todo lo que se necesita es un láser y una lente, dos componentes baratos y fácilmente disponibles. Los investigadores de LMU utilizaron esta receta básica para construir sus prototipos.
Continuaron demostrando que los fragmentos de ADN que son específicos para genes de resistencia a antibióticos en bacterias podrían detectarse mediante esta configuración. Pero el ensayo podría modificarse fácilmente para detectar una amplia gama de tipos de objetivos interesantes, como virus. Tinnefeld es optimista:"El año pasado ha demostrado que siempre se necesitan métodos de diagnóstico nuevos e innovadores, y tal vez nuestra tecnología pueda algún día contribuir al desarrollo de una prueba de diagnóstico confiable y económica que se pueda realizar en casa ".
