R+D CSIC és una publicació electrònica de la Oficina de Transferència de Tecnologia (OTT) per donar a conèixer la investigació dels centres del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC).
© CSIC. La informació escrita continguda en aquestes planes pot ser reproduïda citant la font. |
|
Es poden aplicar a mostres sòlides, líquides o, fins i tot, en l'aire Nanopartícules biosensores en moviment 29 de desembre de 2005 Investigadors del CSIC i de l 'INTA han desenvolupat i patentat un mètode de detecció basat en nanopartícules biosensores amb nucli magnètic, i estan actualment buscant socis industrials interessats en el seu desenvolupament. Les nanopartícules poden aplicar-se en la detecció de bacteris o virus patogens, substàncies contaminants o seqüències d'ADN i té, entre altres avantatges, una major especificitat i sensibilitat que els biosensors actuals. El més nou és que, gràcies al seu nucli magnètic, les nanopartícules biosensores es poden posar en suspensió en un fluid i després recuperar-les emprant un camp magnètic. Això obre possibilitats inèdites com, per exemple, posar les nanopartícules a circular en circuits d'aigua o en sistemes de refrigeració, per al control de patogens com Legionella.
Un equip d'investigadors del CSIC (Consell Superior d'Investigacions Científiques) i de l'INTA (Institut Nacional de Tecnologia Aeroespacial) ha desenvolupat i patentat un tipus de nanopartícula biosensora amb nucli magnètic, el que comprèn el seu procediment d'elaboració i possibles aplicacions. Els grups d'investigació que integren aquest equip han estat dirigits per Carlos Briones, del Centre d'Astrobiología (CSIC-INTA); José Ángel Martín-Gago, de l'Institut de Ciència de Materials de Madrid (CSIC) i Víctor Manuel Fernández, de l'Institut de Catàlisi i Petroleoquímica (CSIC).
La nanopartícula consta de diverses capes. En la més externa es pot immobilitzar una molècula biosensora, que és la qual s'acoblarà a l'element que interessa detectar, ja sigui aquest un patogen, una substància contaminant o una seqüència d'ADN. L'única condició, explica Carlos Briones, del Centre d'Astrobiología, és "que existeixi en la natura, o bé sigui possible dissenyar in vitro, una molècula A que reconegui i sigui capaç d'unir-se específicament a la molècula B que es busca. En aquest cas, una vegada obtinguda la molècula A podrem immobilitzar-la sobre les nanopartícules i amb això obtenir un biosensor molt efectiu per a detectar la molècula B en mostres líquides, sòlides o fins i tot en l'aire".
Les tècniques que es poden emprar per analitzar les nanopartícules biosensores i determinar si el compost B buscat s'ha adherit a elles són molt variades. Entre altres, es pot aplicar l'espectroscòpia infraroja, ultraviolada o visible, l'espectroscòpia Raman, i mètodes de detecció electroquímics. També es poden emprar tecnologies que habitualment s'apliquen en física de superfícies, com la fotoemisió de raigs X.
Sensible, específic i estable
Una de les primeres molècules candidates a unir a les nanopartícules com a element biosensor, i amb la qual els investigadors han treballat des de fa anys, són els àcids nucleics peptídics (PNAs). Els PNAs són molècules artificials que resulten anàlogues als àcids nucleics naturals com DNA i RNA. En els PNAs, l'esquelet de ribosa-fosfat típic dels àcids nucleics s'ha substituït per un polímer de aminoetilglicina similar al dels pèptids o proteïnes. Les bases nucleotídiques estan unides a aquest esquelet peptidomimètic amb la geometria exacta perquè s'estableixin interaccions específiques (basades en la complementarietat de bases A-T i G-C) entre el PNA i els àcids nucleics naturals. De fet, donades les característiques físico-químiques del PNA, la seva hibridació a un DNA complementari resulta més estable i específica que la unió DNA-DNA equivalent. Per a qualsevol seqüència de DNA o RNA que es desitgi detectar (per exemple, una seqüència específica d'un organisme patogen) és possible sintetitzar una cadena de PNA complementària que ho reconeixerà perfectament. Aquest PNA es pot immobilitzar sobre la superfície de nanopartícules amb nucli magnètic, i el conjunt constituirà un biosensor òptim per a la detecció de l'esmentat patogen. Els avantatges del PNA sobre les sondes tradicionals de DNA "són, entre altres, que no existeix en la naturalesa cap enzim (DNasa, RNasa o proteasa) que pugui degradar-lo, que és resistent a un ampli rang de pH i de solvents químics i que, a més, permet discriminar millor les mutacions puntuals en les seqüències genètiques", afegeix Briones.
El PNA és, doncs, una molècula resistent que ofereix un alt nivell de sensibilitat, especificitat i estabilitat. Aquestes particularitats són les que, de fet, la converteixen en una molècula biosensora d'enorme interès en biotecnologia, biomedicina i astrobiología. Pel que fa a la seva capacitat per unir-se a superfícies, s'ha determinat que diferents modificacions en els extrems de la molècula de PNA permeten la seva unió estable a certs metalls i aliatges. De fet, en una patent anterior alguns dels investigadors d'aquest equip ja havien descrit un mètode per a immobilitzar PNA sobre superfícies d'or, formant sobre ell monocapes autoensamblades.
A més del PNA, moltes altres molècules naturals o artificials es poden incorporar a les nanopartícules com a element biosensor. Per exemple, poden obtenir-se anticossos específics contra una substància contaminant o bé contra una proteïna de la membrana d'un virus o bacteri, i a continuació immobilitzar aquests anticossos sobre nanopartícules magnètiques. Així es generarien biosensors que poden ser d'enorme interès en distints camps científics i tecnològics.
Possibilitats inèdites
D'altra banda, el fet que les nanopartícules biosensores desenvolupades per aquest equip posseeixin un nucli magnètic fa possible que es puguin posar en suspensió en un fluid, deixar que es moguin en ell (lliurement, o dirigides mitjançant camps magnètics) i després atrapar-les magnèticament per a la seva anàlisi. Això permet detectar la molècula diana encara que es trobi en concentracions molt baixes, el que millora considerablement el límit de detecció. Però també obre possibilitats inèdites, com el seu moviment controlat per l'organisme fins fer-les arribar a l'òrgan o teixit que es necessita analitzar. Una altra possible aplicació comporta l'ocupació de les nanopartícules en sistemes de refrigeració o filtració, per realitzar un monitoratge continu de la presència de patogens en circuits d'aire condicionat o bé en els sistemes de control d'asèpsia de l'aire dels quiròfans en hospitals.
Més informació: |
