ابداع ابزار مولکولی نوین برای ردیابی بیماری با کمک نانوحفره

به گزارش خبرنگار علم و فناوری آنا، در ارگانیسم‌های زنده، سلول‌ها با حرکت دادن مولکول‌ها یا یون‌ها در کانال‌های کوچکی که غشای سلول را در بر می‌گیرند، ظرفیت زیادی برای فراوری و انتقال اطلاعات ایجاد می‌کنند.

 در همین راستا مارکو رولاندی (Marco Rolandi) پروفسور دانشگاه UC Santa Cruze و همکارانش در ام آی تی دستگاهی ابداع کرده‌اند که این کانسپت زیست‌شناختی را برای شناسایی بیماری تقلید می‌کند.

یک دستگاه با استفاده از سیستم بیوپروتنیک سلول‌ها، اجزای الکترونیک را با قطعات زیست‌شناسی ترکیب می‌کند و از جریان الکتریکی پروتون‌ها استفاده می‌کند. به این ترتیب محققان می‌توانند مولکول‌های زیستی را ردیابی کنند که نشانگر بیماری‌ها در انسان هستند. 

 رولاندی در این باره می‌گوید: سلول‌ها تمایل دارند به‌طور داخلی با یکدیگر متصل شوند. آنها با کمک کانال‌های داخل غشایی با یکدیگر یا محیط‌های خارجی واکنش نشان می‌دهند. ما یک کانال یون مصنوعی به شیوه‌ای ابداع کردیم که بتوانیم ویژگی‌ها و قابلیت‌های آن را برحسب نیازمان تنظیم کنیم.

محققان با استفاده از تکنیکی به نام دی ان ای اریگامی  یک شاخه دی ان ای را که به‌طور طبیعی به شکل مارپیچ دوتایی است به شکل دلخواهشان مهندسی کردند.

آنها برای این پروژه یک تونل کوچک ابداع کردند که به‌طور خاص برای  بهبود حرکتی جریانی از پروتون‌ها (H-plus) طراحی شده بود.  این کانال کوچک که نانوحفره نام دارد.

نانوحفره های دی ان ای در سیستم بیوپروتونیک رولاندی قرار می‌گیرند که برای تقلید دنیای آبی و رسانای یون محیط‌های سلولی  طراحی شده است. دو لایه از لیپید نیز مشابه غشای سلولی آب را که محیط بیرون سلول را نشان می‌دهد از الکترودی جدا می‌کند که داخل سلول را نشان می‌دهد. از سوی دیگر  نانوحفره تعبیه‌شده به عنوان یک کانال بین دو طرف عمل می‌کند.

الکترود جریانی از پروتون‌ها را از طریق نانو حفره به سوی دیگر آن می‌فرستد که در آن یک مولکول پیونددهنده قرار دارد و می‌توان آن را طوری دست‌کاری کرد تا به‌نوعی مولکول‌های زیستی خاص بچسبد.

اگر یکی از این مولکول‌ها  در آب موجود باشد، به سمت دیگر نانو حفره می‌چسبد و جریان پروتون‌ها از طریق این کانال مسدودمی شود.

دستگاه سیگنال پروتون را به یک سیگنال الکترونیکی تبدیل می‌کند که محققان قادر به خوانش آن باشند. هنگامی‌که دستگاه هیچ جریان پروتونی در کانال ردیابی نمی‌کند، محققان  متوجه می‌شوند که یک مولکول زیستی در آنجا وجود دارد.

محققان تصمیم دارند در آینده دستگاهی بسازند که حاوی چند نانوحفره است و هرکدام را طوری تنظيم کنند که نوع خاصی از بیومولکول را ردیابی کند.

جزئیات این دستگاه در ژورنال نیچر کامونیکیشنز منتشر شده است.