Международная команда учёных разработала биосенсор средней инфракрасной области спектра, основанный на новой многорезонансной метаповерхности. По утверждениям учёных, впервые удалось провести различие между многочисленными анализируемыми веществами в гетерогенных биологических образцах, не изменяя структуры, в режиме реального времени и с высокой чувствительностью.
Метаповерхность — это искусственно созданный материал для управления электромагнитными волнами различной природы. Такой материал можно представить как решетку из искусственных атомов (мета-атомами), обычно изготавливаемых из металлов и керамики.
Анализ липидов, белков и нуклеиновых кислот и способ взаимодействия этих биомолекул в смешанных биологических образцах лежит в основе медицинской диагностики, а также биомедицинских исследований молекулярных механизмов процессов болезни. К сожалению, безмаркерные техники, доступные для медицины и исследований, не всегда могут справиться с различными протеинами, вставляемыми в клеточную мембрану, для мгновенного, связанного с этим выделения химических веществ и процессов разрушения. Это означает, что для исследования обычно необходимо провести нескольких экспериментов для изоляции различных процессов. Многофункциональный биосенсор с высокой чувствительностью и селективностью значительно улучшит и ускорит исследования.
Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны в Швейцарии и их американские коллеги недавно представили именно такой биосенсор, который работает путём доступа к отдельным химическим структурам типа отпечатков пальцев, связанным с различными белками, липидами, пептидами и другими биомолекулами. Это позволит исследователям одновременно и независимо наблюдать за различными целевыми биомолекулами и, таким образом, исследовать их динамику взаимодействия намного четче, чем раньше.
Исследователи продемонстрировали, что они теперь могут спектроскопически разрешать взаимодействие биомиметических липидных мембран с различными пептидами. К таким процессам нельзя подойти со безмаркерными аналитическими техниками, в независимости от её чувствительности.
Важно отметить, что команда показала способность их многозадачного биосенсора разрешать взаимодействия между липидными мембранами и токсичными пептидами, такими как мелиттин, который может пробивать отверстия в таких мембранах. Более того, это может происходить как в мембранах на носителе, так и в связанных с поверхностью везикулах, нагруженных молекулами нейротрансмиттера. Это означает, что можно контролировать разрыв клеточной мембраны, вызванный мелиттином, и высвобождение груза нейротрансмиттера. Это важное доказательство концептуальных экспериментов, которые могут, по мнению учёных, проложить путь к использованию таких биосенсоров для исследования молекулярных механизмов, лежащих в основе человеческих заболеваний, где происходит образование пор и разрушение мембраны. Примеры таких заболеваний, когда процессы вызваны соединением белка, всё чаще встречающиеся нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера и Паркинсона.
Исследователи предполагают, чтобы их подход сможет быть применён в различных областях, от фундаментальной биологии до фармацевтических исследований и разработок.
