I ricercatori del gruppo di fabbricazione di nanodispositivi della Simon Fraser University stanno sviluppando un nuovo biosensore che può essere utilizzato per lo screening del morbo di Alzheimer e di altre malattie. Una panoramica del loro lavoro è stata recentemente pubblicata sulla rivista Nature Communications. Il sensore funziona rilevando un tipo particolare di piccola proteina, in questo caso una citochina nota come Tumour Necrosis Factor alpha (TNF alpha), coinvolta nelle infiammazioni dell’organismo. Livelli anomali di citochine sono stati collegati a un’ampia gamma di malattie, tra cui il morbo di Alzheimer, i tumori, le malattie cardiache, autoimmuni e cardiovascolari. Il TNF alfa può agire come biomarcatore, una struttura, i cui livelli sono misurabili, che indica lo stato di salute. “Il nostro obiettivo è sviluppare un sensore meno invasivo, meno costoso e più semplice da usare rispetto ai metodi esistenti”, spiega il professore di scienze ingegneristiche Michael Adachi, co-autore del progetto.
Basterà un campione di sangue
Secondo Adachi, esistono diversi metodi consolidati per rilevare le proteine dei biomarcatori, come il saggio di immunoassorbimento enzimatico (ELISA) e la spettrometria di massa, ma presentano diversi svantaggi. Questi metodi esistenti sono costosi, i campioni devono essere inviati a un laboratorio per essere analizzati e possono richiedere un giorno o più per ricevere i risultati. Il ricercatore fa notare che il suo biosensore è estremamente sensibile e può rilevare il TNF alfa in concentrazioni molto basse (10 fM), ben al di sotto delle concentrazioni normalmente riscontrate in campioni di sangue sano (200-300 fM). Gli attuali test di screening per la malattia di Alzheimer comprendono un questionario per determinare se la persona ha dei sintomi, la diagnostica per immagini del cervello o una procedura di prelievo spinale che prevede l’analisi delle proteine del biomarcatore nel liquido spinale cerebrale del potenziale paziente. Il team ha completato la fase di proof-of-concept, dimostrando che il sensore a diodo a due elettrodi è efficace nel rilevare il TNF alfa in un ambiente di laboratorio. Si prevede di testare il biosensore in studi clinici per garantire che sia in grado di rilevare efficacemente le proteine biomarcatrici all’interno di un campione di sangue contenente diverse proteine interferenti e altre sostanze. “Continueremo a testare la capacità del dispositivo di rilevare le stesse proteine utilizzando fluidi corporei come i campioni di sangue”, spiega il dottorando in scienze ingegneristiche Hamidreza Ghanbari. “L’altro obiettivo è usare lo stesso dispositivo, ma con un recettore diverso, per rilevare proteine più specifiche della malattia di Alzheimer”.
I ricercatori hanno anche depositato una domanda di brevetto provvisorio presso il Technology Licensing Office (TLO) della SFU. “Dobbiamo essere sicuri che ogni sensore sia fatto esattamente allo stesso modo, con la tolleranza richiesta per la concentrazione che stiamo cercando di prevedere o rilevare, e questa è la vera sfida”, dice Kavanagh.
Come funziona
Thushani De Silva, laureata in Scienze ingegneristiche, ha lavorato al progetto e sottolinea che il dispositivo si basa sulla misurazione elettrica. “In pratica, abbiamo un semiconduttore sull’area di rilevamento e quando la proteina bersaglio interagisce con il sensore, cambia il segnale elettrico in uscita”, spiega la ricercatrice. “Misurando questo cambiamento, possiamo misurare la concentrazione della proteina presente nei fluidi corporei”. Il team utilizza un tipo di nanomateriale chiamato materiale bidimensionale, potenzialmente sottile a livello atomico e utilizzato come strato di rilevamento. Su questi materiali 2D vengono applicate sequenze di DNA chiamate aptamers. Una volta introdotta una proteina biomarcatore sulla superficie del sensore, questa provoca minuscoli cambiamenti nelle proprietà elettriche. Osservando l’uscita elettrica dello strato di rilevamento si può determinare la concentrazione di queste proteine biomarcatore in una soluzione semplice.
