Nanotecnología: biosensores flexibles con diseño modular
Los investigadores han desarrollado una estrategia que permite adaptar fácilmente los biosensores a una amplia gama de aplicaciones.
Los biosensores desempeñan un papel fundamental en la investigación y el diagnóstico médicos. En la actualidad, sin embargo, suelen tener que desarrollarse especialmente para cada aplicación. Un equipo dirigido por el químico de la LMU Philip Tinnefeld ha desarrollado una estrategia general y modular para diseñar sensores que puedan adaptarse fácilmente a diversas moléculas diana y rangos de concentración. Según informan los investigadores en la revista Nature Nanotechnology, su nuevo sensor modular tiene el potencial de acelerar significativamente el desarrollo de nuevas herramientas de diagnóstico para la investigación.
Dra. Viktorija Glembockyt
© LMU
El sensor utiliza un andamio de origami de ADN, que consta de dos brazos conectados por una "bisagra" molecular. Cada brazo está marcado con un colorante fluorescente y la distancia entre las marcas se registra mediante transferencia de energía por resonancia de fluorescencia (FRET). En estado cerrado, los dos brazos están paralelos; cuando la estructura se abre, los brazos se pliegan formando un ángulo de hasta 90°. "Como resultado de este gran cambio conformacional, la señal de fluorescencia también cambia sustancialmente", explica Viktorija Glembockyte, autora principal del estudio. "Esto permite medir las señales con una claridad y precisión considerablemente mayores que en los sistemas con pequeños cambios conformacionales".
Efectos cooperativos
El andamio de origami puede equiparse con sitios de acoplamiento para diversas dianas biomoleculares, como ácidos nucleicos, anticuerpos y proteínas. El hecho de que el sensor esté abierto o cerrado depende de la unión de la molécula diana respectiva al andamio de origami. De este modo, el sensor puede adaptarse y optimizarse deliberadamente mediante el uso de sitios de unión adicionales o cadenas de ADN estabilizadoras. "Resulta relativamente fácil diseñar el origami de modo que se busquen simultáneamente varias interacciones moleculares entre la molécula diana y el sensor", explica Tinnefeld. "Estos enlaces múltiples dan lugar a interesantes efectos cooperativos que permiten controlar específicamente la sensibilidad del sensor sin intervenir en las propias interacciones biomoleculares, es decir, en la fuerza con la que la molécula diana se acopla a su sitio de unión. Esta flexibilidad es una gran ventaja de nuestro sistema".
Los investigadores planean seguir optimizando el sensor en el futuro para aplicaciones biomédicas y de otro tipo. Un posible campo de aplicación podrían ser los sensores que controlan diversos parámetros y liberan agentes activos en determinadas condiciones, dice Tinnefeld.
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Publicación original
Lennart Grabenhorst, Martina Pfeiffer, Thea Schinkel, Mirjam Kümmerlin, Gereon A. Brüggenthies, Jasmin B. Maglic, Florian Selbach, Alexander T. Murr, Philip Tinnefeld, Viktorija Glembockyte; "Engineering modular and tunable single-molecule sensors by decoupling sensing from signal output"; Nature Nanotechnology, 2024-11-7
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