شبیه‌سازی سیستم قفل- کلید می‌تواند تشخیص سریع پزشکی را ارتقا دهد
محققان سیستمی طراحی کرده‌اند که بطور سریع مولکولهای زیستی مشخصی را که می‌توانند نشانگر بیماری باشند، شناسایی می‌کند.
تیم تحقیق از کالج سلطنتی لندن سنسوری در اندازه نانو تولید کرده است که قادر به شناسایی انتخابی مولکولهای پروتئینی در مرحله تک مولکولی است؛ این سنسور می‌تواند یاری رسان تشخیص بالینی بیماری در مراحل اولیه باشد.
دانشمندان زمانیکه نمونه‌های مایع بدن که بیماری خاصی را نشان می‌دهند، بررسی می‌کنند، اغلب بدنبال مولکولهای بسیار نادر در داخل یک مخلوط پیچیده هستند. همانند پیداکردن سوزن در انبار کاه، دانشمندان اغلب روشهایی را برای شناسایی تک مولکولها در یک زمان بکار می‌برند.
حسگر Nanopore یک تکنولوژی امیدوارکننده در جایی است که مولکولها از یک سوراخ در اندازه نانو عبور می‌کنند. این فرآیند باعث می‌شود بدون نیاز به انجام آماده سازی طولانی مدت نمونه یا دسته بندی شیمیایی، هر مولکول نشانه اختصاصی خود را تولید کند.
با این حال مولکولهای متفاوت هم‌اندازه می‌توانند سیگنالهای مشابه تولید کنند که شناسایی منحصربفرد مولکول هدف را دشوار می‌سازد.
برای برطرف کردن این مشکل، یک تیم تحقیقاتی به رهبری کالج سلطنتی لندن سیستمی برپایه یک سوراخ در اندازه نانو و یک ترانزیستور دراندازه نانو ایجاد کرد که می‌تواند مولکول هدف را به طریق مشابه گیرنده‌های زیستی شناسایی کند. جزئیات سیستم جدید آنها در نشریه Nature Communications منتشر شد.
قفل و کلید
گیرنده‌ها، مولکولهایی با اشکال خاص را که به روش قفل و کلید به آنها متصل می‌شوند، شناسایی می‌کند. در این مطالعه، ترانزیستور در اندازه نانو از یک پلیمر به شکل محل اتصال- قفل- ساخته شد. این امر به سیستم این اجازه را می‌دهد تا تنها “کلید”ی- مولکول هدف مخصوص- را که مکمل محل اتصال است شناسایی کند.
برای بررسی اینکه آیا سیستم به طریقی که مورد انتظار است کار می‌کند، تیم از آن برای شناسایی آنتی بادی‌هایی که به انسولین متصل می‌شوند (مکانیسمی مهم در تشخیص دیابت) استفاده کرد. با این حال تیم اذعان دارد طراحی این سیستم می‌تواند براحتی در تشخیص گستره‌ی وسیع‌تری از مولکولهای زیستی مورداستفاده قرار بگیرد.
نویسنده همکار مطالعه پروفسور جوشوا ادل از دپارتمان شیمی کالج سلطنتی گفت:” ما نشان داده‌ایم که قادر به ساخت پلیمر به شکل طبیعی “قفل” برای مولکولهای “کلید” در ورودی سوراخهای نانو هستیم؛ این پلیمر نقش گیرنده‌های زیستی را ایفا می‌کند. ”
بازکردن و بستن دریچه
محققان همچنین برای حل مشکل دیگری در حسگر Nanopore، ویژگی دیگری را به سیستم جدید افزودند: اگر مولکولها از Nanopore به سرعت عبور کنند ممکن است شناسایی نشوند.
آنها یک الکترود به پلیمر پوشاننده سوراخ الحاق کردند که یک ترانزیستور در اندازه نانو با قابلیت اعمال ولتاژ به آن ایجاد می‌کرد. این امر باعث می‌شود سوراخ به مانند یک دریچه عمل کند –ولتاژ اعمال شده قادر به “باز کردن” یا “بسته کردن” دریچه برای کنترل مولکولهای عبوری از سوراخ است.
دکتر الکساندر ایوانف از دپارتمان شیمی کالج سلطنتی اذعان داشت:” ما اکنون یک سنسور زیستی که بخوبی تنظیم می‌شود داریم. با افزودن پیچیدگی به سیستم ما قادر خواهیم بود انتقال مولکولها را کنترل کنیم و زمان بیشتری برای مطالعه یک مولکول بخصوص داشته باشیم. ”
پروفسور یوری کورشف از دپارتمان پزشکی کالج سلطنتی افزود: “سیستم کامل، ترکیبی است از تمرکز، سرعت قابل تنظیم و انتخابی بودن که از نظر بالینی در جستجوی پروتئینهای نادری مانند انواع بخصوص آنتی‌بادی‌ها و مولکولهای DNA مرتبط خواهد بود. “
