Novo sensor imita funções da membrana celular

As imagens para download no site do MIT News office são disponibilizadas para entidades não comerciais, imprensa e público em geral sob uma licença Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives. Você não pode alterar as imagens fornecidas, a não ser recortá-las no tamanho certo. Uma linha de crédito deve ser utilizada na reprodução de imagens; se não for fornecido abaixo, credite as imagens ao "MIT".

Imagem anterior Próxima imagem

Inspirando-se nos sistemas sensoriais naturais, uma equipe liderada pelo MIT projetou um novo sensor que poderia detectar as mesmas moléculas que os receptores celulares que ocorrem naturalmente podem identificar.

Num trabalho que combina várias novas tecnologias, os investigadores criaram um protótipo de sensor que pode detectar uma molécula imune chamada CXCL12, até dezenas ou centenas de partes por bilhão. Este é um primeiro passo importante para o desenvolvimento de um sistema que possa ser usado para realizar exames de rotina para cânceres ou tumores metastáticos difíceis de diagnosticar, ou como um “nariz” eletrônico altamente biomimético, dizem os pesquisadores.

“Nossa esperança é desenvolver um dispositivo simples que permita fazer testes em casa, com alta especificidade e sensibilidade. Quanto mais cedo for detectado o cancro, melhor será o tratamento, pelo que o diagnóstico precoce do cancro é uma área importante em que queremos avançar”, afirma Shuguang Zhang, principal cientista investigador do Media Lab do MIT.

O dispositivo se inspira na membrana que envolve todas as células. Dentro dessas membranas estão milhares de proteínas receptoras que detectam moléculas no ambiente. A equipe do MIT modificou algumas dessas proteínas para que pudessem sobreviver fora da membrana e ancorou-as em uma camada de proteínas cristalizadas sobre um conjunto de transistores de grafeno. Quando a molécula alvo é detectada em uma amostra, esses transistores retransmitem a informação para um computador ou smartphone.

Este tipo de sensor poderia ser potencialmente adaptado para analisar qualquer fluido corporal, como sangue, lágrimas ou saliva, dizem os pesquisadores, e poderia rastrear muitos alvos diferentes simultaneamente, dependendo do tipo de proteínas receptoras utilizadas.

“Identificamos receptores críticos de sistemas biológicos e ancoramo-los numa interface bioelectrónica, permitindo-nos colher todos esses sinais biológicos e depois transduzi-los em resultados eléctricos que podem ser analisados ​​e interpretados por algoritmos de aprendizagem automática”, diz Rui Qing, antigo Cientista pesquisador do MIT que agora é professor associado da Universidade Jiao Tong de Xangai.

Qing e Mantian Xue PhD '23, são os principais autores do estudo, que aparece hoje na Science Advances. Juntamente com Zhang, Tomás Palacios, diretor do Laboratório de Microssistemas do MIT e professor de engenharia elétrica e ciência da computação, e Uwe Sleytr, professor emérito do Instituto de Bioarquiteturas Sintéticas da Universidade de Recursos Naturais e Ciências da Vida de Viena, são autores seniores. do papel.

Livre de membranas

A maioria dos sensores de diagnóstico atuais são baseados em anticorpos ou aptâmeros (fios curtos de DNA ou RNA) que podem capturar uma molécula alvo específica de um fluido como o sangue. No entanto, ambas as abordagens têm limitações: os aptâmeros podem ser facilmente decompostos pelos fluidos corporais e pode ser difícil fabricar anticorpos para que cada lote seja idêntico.

Uma abordagem alternativa que os cientistas exploraram é a construção de sensores baseados nas proteínas receptoras encontradas nas membranas celulares, que as células usam para monitorar e responder ao seu ambiente. O genoma humano codifica milhares desses receptores. No entanto, estas proteínas receptoras são difíceis de trabalhar porque, uma vez removidas da membrana celular, só mantêm a sua estrutura se forem suspensas num detergente.

Em 2018, Zhang, Qing e outros relataram uma nova maneira de transformar proteínas hidrofóbicas em proteínas solúveis em água, trocando alguns aminoácidos hidrofóbicos por aminoácidos hidrofílicos. Essa abordagem é chamada de código QTY, em homenagem às letras que representam os três aminoácidos hidrofílicos – glutamina, treonina e tirosina – que substituem os aminoácidos hidrofóbicos leucina, isoleucina, valina e fenilalanina.