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(noticias nanowerk) En los organismos vivos, las células tienen una capacidad muy alta para procesar y comunicar información moviendo moléculas o iones a través de pequeños canales que cruzan la membrana celular. El laboratorio de Marco Rolandi, profesor de ingeniería eléctrica e informática en UC Santa Cruz, y colaboradores del MIT han desarrollado un dispositivo que imita este concepto biológico para detectar enfermedades.
Con su sistema bioprotónico, un dispositivo que conecta componentes electrónicos con componentes biológicos y utiliza corrientes eléctricas de protones, los investigadores pueden, entre otras cosas, detectar biomoléculas que indican la presencia de enfermedades humanas.
Los detalles sobre este dispositivo han sido publicados recientemente en la revista. comunicación de la naturaleza (“Nanoporos de ADN como canales de membrana artificiales para bioprotónicos”).
«Las células tienden a estar interconectadas: se comunican entre sí o con el entorno externo a través de estos canales intermembrana», dijo Rolandi. «Junto con nuestros colegas del MIT, nos propusimos el objetivo de crear un canal iónico artificial de tal manera que pudiéramos adaptar las propiedades del canal iónico y su funcionalidad a nuestras necesidades».
Utilizando una técnica llamada origami de ADN, los investigadores del MIT pueden diseñar mediante bioingeniería una hebra de ADN que naturalmente toma la forma de una doble hélice en cualquier forma deseada. Para este proyecto, crearon un pequeño túnel específicamente programado para el paso óptimo de una corriente de protones (H-plus). Este pequeño canal se conoce como nanoporo, un concepto desarrollado originalmente en la UCSC.
El nanoporo de ADN está ubicado en el sistema bioprotónico de Rolandi, que está diseñado para imitar el mundo acuoso y conductor de iones del entorno celular. Una bicapa de lípidos, similar a una membrana celular, separa el agua, que representa el entorno exterior de una célula, de un electrodo, que representa el interior de una célula, y el nanoporo incrustado actúa como un canal entre los dos lados.
El electrodo envía una corriente de protones a través del canal del nanoporo al otro lado del nanoporo, donde hay un sitio de unión molecular que se puede personalizar para que se unan a él biomoléculas específicas de interés. Cuando una de estas moléculas está presente en el agua, se adhiere a un extremo del nanoporo y bloquea el flujo de protones a través del canal.
El dispositivo traduce la señal de protones en una señal electrónica que los investigadores pueden leer. Si el dispositivo no detecta protones que fluyen a través del canal, los investigadores saben que hay una biomolécula presente.
El dispositivo también cuenta con dos asas de colesterol que se colocan sobre la bicapa lipídica y mejoran la conductividad de los protones a través del canal de nanoporos.
«La singularidad del enfoque radica en la combinación de estos dispositivos conductores de protones con bicapas lipídicas de soporte, y creo que con este diseño de base para los nanoporos de ADN somos los únicos grupos que trabajamos en ello», dijo Rolandi. «Lo nuevo es tanto la integración del dispositivo como la capacidad de detectar utilizando estos nanoporos de ADN».
En el trabajo, los investigadores demuestran que pueden utilizar el sistema bioprotónico para detectar la biomolécula péptido natriurético tipo B, un indicador de enfermedad cardíaca. Esto demuestra el potencial del dispositivo para su uso en la detección de biomoléculas en un entorno clínico o in vitro.
Los investigadores creen que en el futuro el dispositivo podría contener múltiples nanoporos, cada uno de ellos programado para reconocer un tipo diferente de biomolécula.
«Eso es definitivamente parte del atractivo del sistema: en un futuro cercano podríamos multiplexarlo para tener un conjunto completo de biosensores», dijo Rolandi.
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