Biosensores de nanotubos para detectar moléculas asociadas al cáncer
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Estudiar los movimientos de ciertas moléculas individuales presentes en la sangre, el agua o los alimentos, como algunas proteínas o la glucosa, puede aportar información crucial sobre su implicación en los procesos biológicos. Pero a escalas tan diminutas disponer de métodos precisos para observar su comportamiento supone todo un reto.
En la Universidad de California, en Irvine (Estados Unidos), un equipo de científicos ha diseñado un nuevo sistema que lo ha conseguido gracias a un pequeño transistor fabricado con un nanotubo de carbono y vinculado a una enzima llamada lisozima. Por ahora, el método ya les ha permitido descubrir cómo esta proteína, que está presente en las lágrimas, ‘mastica’ y destruye bacterias peligrosas para el organismo.
Su estudio, publicado recientemente en la revista Science, abre una nueva vía para la detección de otras moléculas, por ejemplo, relacionadas con estadios tempranos de cáncer, según han declarado los profesores Philip Collins y Gregory Weiss, que han liderado la investigación.
La existencia de la lisozima se conoce desde hace casi un siglo, pero la información sobre cómo ejerce su función antiséptica contra bacterias mucho más grandes que ella era limitada. Ahora, los investigadores han descubierto que utiliza unas ‘mandíbulas’ para agarrar y ‘masticar’ la membrana celular de sus oponentes. Además de resolver este misterio, los científicos creen que su sistema de monitoreo celular puede utilizarse para detectar varias enfermedades, si se sustituye en él a la lisozima por otras proteínas que reaccionen, por ejemplo, ante moléculas asociadas con el cáncer.
El método ideado por los investigadores de Irvine se basa en la unión de una sola molécula de esta enzima a un transistor de efecto campo diminuto, en el que el material activo es un nanotubo de carbono .Al moverse para atacar a las bacterias invasoras, en la superficiede la proteína que está en contacto con el nanotubo se generan campos electrostáticos que tienen un efecto ’gating’ en el dispositivo, es decir, la actividad de la molécula regula una de las partes del transistor, la puerta, que actúa permitiendo o cortando el flujo de electrones que pasan a través del dispositivo.
De esta forma, el transistor actúa como un amplificador de los movimientos de la proteína. "Nuestro circuito es un micrófono de tamaño molecular", afirma Collins, profesor de física y astronomía en la Facultad de Ciencias Físicas."Es como un estetoscopio que escucha el latido del corazón, pero en este caso estamos ‘escuchando’ una sola molécula".
Este dispositivo contiene todos los elementos habituales de untransistor de efecto campo (FET, por sus siglas en inglés), pero para estudiar el comportamiento de la enzima los investigadores han construido uno de los más diminutos que existen, 25 veces más pequeño que los circuitos del mismo tipo que se usan en portátiles o en smartphones . "Es un dispositivo nanoscópico, lo que permite que incluso un pequeño campo eléctrico local pueda tener un efecto y una amplificación enorme", explica Federico Rosei, profesor en la Cátedra de Investigación en Nanomateriales Orgánicos e Inorgánicos de la Universidad de Quebec (Canadá).
Hasta ahora las técnicas más empleadas para observar la dinámica molecular han sido las de espectroscopía de fluorescencia. En ellas se correlacionan los movimientos moleculares con reacciones químicas que generan un flujo de fotones que puede ser amplificado y analizado.
En el caso de este dispositivo, el transistor no registra flujos de fotones, sino de electrones, que se generan debido a los cambios en los potenciales electrostáticos que se producen en la superficie de la molécula a la que está unido. Estas señales son similares a los flujos de fotones de los experimentos con fluorescencia pero los investigadores se aprovechan de que la unidimensionalidad del nanotubo permite una gran sensibilidad de puerta y favorece "un ancho de banda ventajoso" y una limitada cantidad de interferencias.
Fuente: Techonology Review, 3 de febrero de 2012.
Publicado por Aula TIC PYMEs de la USC - http://www.usc.es/atpemes
