ביו-חיישני ננו-שפופרות פחמן רגישים ביותר

צבר של ננו-שפופרות פחמן המצופה בשכבה דקיקה של פולימר מזהה-חלבון מהווה ביו-חיישן חדש המסוגל לזהות כמויות זערוריות של חלבונים

צבר של ננו-שפופרות פחמן המצופה בשכבה דקיקה של פולימר מזהה-חלבון מהווה ביו-חיישן חדש המסוגל לזהות כמויות זערוריות של חלבונים באמצעות אותות אלקטרוכימיים. הממצאים, שפורסמו בכתב-העת המדעי Nature Nanotechnology ע”י צוות חוקרים מאוניברסיטת בוסטון יוכלו לספק כלי אבחוני חיוני חדש לאיתור מגוון מחלות.

ביו-החיישן מבוסס הננו-שפופרת הוכיח את יכולתו לאתר פריטין (ferritin, חלבון אנושי), שהוא החלבון העיקרי בתאים לאחסון ברזל, וגם לאתר את החלבון E7 שמקורו בנגיף הפפילומה באדם. ניסויים נוספים, שנערכו ע”י צוות בינתחומי של ביולוגים, כימאים ופיסיקאים, עם החלבון קלמודולין (חלבון קושר סידן, calmodulin) הראו כי החיישן מסוגל להבדיל אפילו בין הצורות השונות של החלבון.

שיטות להטבעה (imprinting) מולקולארית הראו כי מבנים פולימריים יכולים לתרום לפיתוח של חיישנים המסוגלים לזהות תרכובות אורגניות מוגדרות, אולם הזיהוי של חלבונים היווה אתגר קשה יותר. צוות המדענים מאוניברסיטת בוסטון השתמש בננו-שפופרות דמויות גדר-תיל שצופו בפולימר מבודד המסוגל ל”חוש” חלבונים ברמת רגישות של תת-פיקוגרם לליטר.

אחד המאפיינים המרכזיים בחיישנים הוא ההטבעה של פרודות חלבון בתוככי הציפוי הפולימרי המבודד. מאחר וההטבעות מפחיתות את עובי שכבת הציפוי, מתחמים אלו בפולימר מפגינים רמה נמוכה יותר של התנגדות חשמלית משאר אזורי הפולימר האחרים בזמן יחסי-הגומלין עם המטענים החשמליים המצויים בחלבונים ובתמיסת המלח המיוננת. כאשר פרודת החלבון “צונחת” לתוככי תבנית המראה שלה שבפולימר היא ממלאת אותה וגורמת לננו-השפופרת להפגין שינוי משמעותי בהתנגדות, דבר המאותת על נוכחות חלבון.

הגילוי יכול להתבצע בזמן אמת, במקום לאחר ימים או שבועות של בדיקות מעבדתיות, כלומר – שיטת ההטבעה המולקולארית של ננו-שפופרות עשויה לסלול את הדרך לפיתוח ביו-חיישנים המסוגלים לאתר נגיפים באדם (כדוגמת נגיף הפפילומה) שבועות מוקדם יותר משיטות האבחון הזמינות כיום. בניגוד לשיטות אבחון שבהן מנסים לאתר את הנוגדן של הנגיף או לגלות תגובות חיסוניות בעקבות ההדבקה הראשונית בנגיף, חיישן הננו-שפופרת מסוגל לאתר את חלבון הנגיף עצמו. בנוסף, בשיטת הזיהוי האלקטרוכימית הזו אין צורך בהוספת סמנים כימיים.

“במקרים של מחלות מסוימות, אף אחד לא ממש יודע מדוע אותו אדם חולה,” אומר החוקר הראשי. “כל מה שאנו יודעים זה שייתכן והמחלה נגרמה בשל נוכחות נגיף. בנקודת הזמן הזו, ייתכן ולחולה בכלל לא תהיינה כמויות מדידות של נוגדנים בדם. כלומר – דווקא בזמן שחיוני לקבל אבחון מדויק ייתכן ואין כלל עקבות של הנגיף. בעצם, בעקבות כך איבדנו את ההזדמנות שלנו. כעת אנו מסוגלים לזהות חלבוני מעטפת תאים של הנגיף עצמו באמצעות הטבעה מולקולארית ולבצע את הבדיקה”.

הידיעה מהאוניברסיטה