Detectie van biomoleculen, zoals lipiden, eiwitten, en nucleïnezuren en hun interacties in heterogene biologische monsters is cruciaal voor het begrijpen van een groot aantal biologische mechanismen in gezondheid en ziekte. Bijvoorbeeld, moleculaire signalering en transport in cellen worden bepaald door de associatie en insertie van eiwitten met het cellipidemembraan. Echter, huidige labelvrije technieken hebben moeite om eiwit-insertie te differentiëren, processen voor chemische afgifte en membraanverstoring, waardoor experimentatoren worden gedwongen te vertrouwen op meerdere technieken die meestal verschillende experimentele instellingen vereisen. Het is daarom essentieel om nieuwe biosensoren te ontwikkelen met een hoge gevoeligheid en selectiviteit die in staat zijn om gebruik te maken van de chemische handtekening van verschillende biomoleculaire soorten om onderzoek naar complexe multi-analyt interacties mogelijk te maken.

In een studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie , onderzoekers van Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (Zwitserland) en hun collega's uit de VS introduceren een mid-infrarood biosensor gebaseerd op een nieuw multi-resonant meta-oppervlak, die, Voor de eerste keer, kan meerdere analyten in heterogene biologische monsters niet-destructief onderscheiden, in realtime en met hoge gevoeligheid. De nieuwe sensor bereikt dit door toegang te krijgen tot de afzonderlijke chemische vingerafdrukinformatie van eiwitten, lipiden, peptiden, of andere biochemische en maakt gelijktijdige en onafhankelijke monitoring van hun interactiedynamiek mogelijk. Vooral, de studie toont aan dat de sensor de interactie van biomimetische lipidemembranen met verschillende peptiden spectroscopisch kan oplossen, evenals de dynamiek van het vrijkomen van vesiculaire lading. Dit zijn biologisch belangrijke massaconserveringsprocessen die niet toegankelijk zijn voor standaard labelvrije technieken, ongeacht hun gevoeligheid.

Opvallend, de sensor kan de interactie van lipidemembranen met een toxisch porievormend peptide zoals melittine oplossen, zowel in ondersteunde membranen als aan het oppervlak gebonden blaasjes geladen met neurotransmittermoleculen. De studie toont in realtime monitoring van door melittine geïnduceerde membraanverstoring en afgifte van neurotransmitterlading van dergelijke synaptische vesikel-nabootsers, met monolaag gevoeligheid, en zonder etiket. Deze belangrijke proof-of-concept-experimenten effenen de weg voor het toepassen van deze biosensoren om de moleculaire mechanismen te onderzoeken die ten grondslag liggen aan belangrijke processen die zijn gekoppeld aan menselijke ziekten, dergelijke porievorming en membraanverstoring geïnduceerd door eiwitaggregatie bij neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Alzheimer en Parkinson.

De nieuwe biosensor is een krachtig hulpmiddel voor de differentiatie, identificatie en gelijktijdig onderzoek van de interacties tussen verschillende biologische soorten in complexe monsters, die de duidelijke tekortkomingen van de huidige labelvrije technieken aanpakt. Verder, het kan worden geïmplementeerd om een ​​groot aantal biologische systemen met meerdere analyten te analyseren, het openen van spannende wegen van toepassingen op diverse gebieden, variërend van fundamentele biologie tot de ontwikkeling van farmaceutische geneesmiddelen.