Un equipo de investigación interdisciplinar de Bochum, Duisburg y Zurich ha desarrollado un nuevo método para construir sensores ópticos modulares capaces de detectar virus y bacterias. Los investigadores utilizaron nanotubos de carbono fluorescentes con un nuevo tipo de anclajes de ADN que actúan como mangos moleculares.
Las estructuras de anclaje se pueden utilizar para conjugar unidades de reconocimiento biológico, como aptámeros de anticuerpos, con los nanotubos. Posteriormente, la unidad de reconocimiento puede interactuar con moléculas bacterianas o virales en los nanotubos. Estas interacciones afectan la fluorescencia de los nanotubos y aumentan o disminuyen su brillo.
Un equipo formado por el profesor Sebastian Kruss, Justus Metternich y cuatro compañeros de la Universidad Ruhr de Bochum (Alemania), el Instituto Fraunhofer de Circuitos y Sistemas Microelectrónicos y la ETH Zurich informaron sus hallazgos en el Journal of the American Chemical Society , publicado en línea el 27 de junio de 2023.
El equipo utilizó nanosensores tubulares hechos de carbono y con un diámetro de menos de un nanómetro. Cuando se irradian con luz visible, los nanotubos de carbono emiten luz en el rango del infrarrojo cercano. La luz infrarroja cercana no es visible para el ojo humano. Sin embargo, es perfecto para aplicaciones ópticas, porque el nivel de otras señales en este rango es muy reducido.
En estudios anteriores, el equipo de Sebastian Kruss ya había demostrado cómo se puede manipular la fluorescencia de los nanotubos para detectar biomoléculas vitales. Ahora, los investigadores buscaron una manera de personalizar los sensores de carbono para usarlos con diferentes moléculas objetivo de una manera sencilla.
La clave del éxito fueron las estructuras de ADN con los llamados defectos cuánticos de guanina. Esto implicó unir bases de ADN al nanotubo para crear un defecto en la estructura cristalina del nanotubo. Como resultado, la fluorescencia de los nanotubos cambió a nivel cuántico. Además, el defecto actuó como un mango molecular que permitió introducir una unidad de detección, que puede adaptarse a la molécula objetivo respectiva con el fin de identificar una proteína viral o bacteriana específica.
"Gracias a la unión de la unidad de detección a los anclajes de ADN, el conjunto de un sensor de este tipo se asemeja a un sistema de bloques de construcción, excepto que las piezas individuales son 100.000 veces más pequeñas que un cabello humano", afirma Sebastian Kruss.
El grupo presentó el nuevo concepto de sensor utilizando como ejemplo la proteína de pico del SARS CoV-2. Para ello, los investigadores utilizaron aptámeros, que se unen a la proteína de pico del SARS CoV-2. "Los aptámeros son cadenas de ADN o ARN plegadas. Gracias a su estructura, pueden unirse selectivamente a proteínas", explica Justus Metternich. "En el siguiente paso se podría transferir el concepto a anticuerpos u otras unidades de detección."
Los sensores fluorescentes indicaron la presencia de la proteína SARS-CoV-2 con un alto grado de fiabilidad. La selectividad de los sensores con defectos cuánticos de guanina fue mayor que la selectividad de los sensores sin tales defectos. Además, los sensores con defectos cuánticos de guanina eran más estables en solución.
"Esto es una ventaja si pensamos en mediciones más allá de simples soluciones acuosas. Para aplicaciones de diagnóstico, tenemos que medir en entornos complejos, por ejemplo con células, en la sangre o en el propio organismo", afirma Sebastian Kruss, director de Interfaces Funcionales y Biosystems Group de la Universidad Ruhr de Bochum y es miembro del Ruhr Explores Solvation Cluster of Excellence (RESOLV) y de la Escuela Internacional de Graduados en Neurociencia.
Más información: Justus T. Metternich et al, Biosensores fluorescentes de infrarrojo cercano basados en anclajes de ADN covalentes, Revista de la Sociedad Química Estadounidense (2023). DOI:10.1021/jacs.3c03336
Información de la revista: Revista de la Sociedad Química Estadounidense
Proporcionado por Ruhr-Universitaet-Bochum
