Chemische ingenieurs van MIT hebben een sensorarray gebouwd die, Voor de eerste keer, kan afzonderlijke moleculen waterstofperoxide detecteren die afkomstig zijn van een enkele levende cel.

Van waterstofperoxide is al lang bekend dat het cellen en hun DNA beschadigt, maar wetenschappers hebben onlangs bewijs gevonden dat wijst op een gunstiger rol:het lijkt te werken als een signaalmolecuul in een kritieke celroute die de groei stimuleert, onder andere functies.

Als dat pad misgaat, cellen kunnen kanker worden, dus het begrijpen van de rol van waterstofperoxide kan leiden tot nieuwe doelen voor potentiële kankermedicijnen, zegt Michael Strano, leider van het onderzoeksteam. Strano en zijn collega's beschrijven hun nieuwe sensorarray, die is gemaakt van koolstofnanobuisjes, in de online editie van 7 maart van Natuur Nanotechnologie .

Het team van Strano gebruikte de array om de flux van waterstofperoxide te bestuderen die optreedt wanneer een gemeenschappelijke groeifactor, EGF genaamd, zijn doelwit activeert. een receptor die bekend staat als EGFR, gelegen op celoppervlakken. Voor de eerste keer, het team toonde aan dat waterstofperoxideniveaus meer dan verdubbelen wanneer EGFR wordt geactiveerd.

EGF en andere groeifactoren zorgen ervoor dat cellen groeien of delen via een complexe cascade van reacties in de cel. Het is nog steeds onduidelijk hoe waterstofperoxide dit proces precies beïnvloedt, maar Strano speculeert dat het op de een of andere manier het EGFR-signaal kan versterken, het versterken van de boodschap aan de cel. Omdat waterstofperoxide een klein molecuul is dat niet ver diffundeert (ongeveer 200 nanometer), het signaal zou worden beperkt tot de cel waar het werd geproduceerd.

Het team ontdekte ook dat in huidkankercellen, verondersteld overactieve EGFR-activiteit te hebben, de waterstofperoxideflux was 10 keer groter dan in normale cellen. Vanwege dat dramatische verschil, Strano gelooft dat deze technologie nuttig kan zijn bij het bouwen van diagnostische apparaten voor sommige soorten kanker.

"Je zou je een klein handheld-apparaat kunnen voorstellen, bijvoorbeeld, die uw arts op een minimaal invasieve manier naar wat weefsel kan wijzen en kan vertellen of dit pad beschadigd is, " hij zegt.

Strano wijst erop dat dit de eerste keer is dat een reeks sensoren met specificiteit voor één molecuul ooit is aangetoond. Hij en zijn collega's hebben wiskundig afgeleid dat zo'n array de moleculaire generatie "near field" kan onderscheiden van die welke ver van het sensoroppervlak plaatsvindt. "Arrays van dit type hebben het vermogen om te onderscheiden, bijvoorbeeld, als afzonderlijke moleculen afkomstig zijn van een enzym dat zich op het celoppervlak bevindt, of diep in de cel, ' zegt Strano.

De sensor bestaat uit een film van koolstofnanobuisjes ingebed in collageen. Cellen kunnen groeien op het collageenoppervlak, en het collageen trekt ook waterstofperoxide aan dat door de cel wordt afgegeven en vangt het op. Wanneer de nanobuisjes in contact komen met het ingesloten waterstofperoxide, hun fluorescentie flikkert. Door de flikkeringen te tellen, men kan een nauwkeurige telling van de invallende moleculen verkrijgen.

Onderzoekers in het laboratorium van Strano zijn van plan om verschillende vormen van de EGF-receptor te bestuderen om de waterstofperoxideflux en zijn rol in celsignalering beter te karakteriseren. Ze hebben al ontdekt dat zuurstofmoleculen worden verbruikt om het peroxide te genereren.

Het team van Strano werkt ook aan sensoren van koolstofnanobuisjes voor andere moleculen. Het team heeft al met succes sensoren getest voor stikstofmonoxide en ATP (het molecuul dat energie in een cel transporteert). "De lijst met biomoleculen die we nu heel specifiek en selectief kunnen detecteren, groeit snel, " zegt Strano, die er ook op wijst dat het vermogen om afzonderlijke moleculen te detecteren en te tellen, koolstofnanobuisjes onderscheidt van veel andere nanosensorplatforms.