System czujników wykrywający pojedynczą cząsteczkę nadtlenku wodoru

System czujników wykrywający pojedynczą cząsteczkę nadtlenku wodoru

Inżynierowie chemicy z MIT skonstruowali system czujników, który jako pierwszy jest w stanie wykryć pojedynczą cząsteczkę nadtlenku wodoru wydobywającą się z pojedynczej żywej komórki.

Od dawna znany jest wpływ nadtlenku wodoru na uszkodzone komórki i ich DNA, jednakże naukowcy odkryli dowody na jego bardziej pożyteczną rolę. Otóż może on pełnić rolę cząsteczki znaczącej szlak komórki.

Gdy szlak staje się krzywy, komórka może być rakowa, więc zrozumienie roli nadtlenku wodoru mogłoby doprowadzić do odkrycia leków na raka.

Zespół pod kierownictwem Michaela Strano wykorzystał system czujników do badania strumienia nadtlenku wodoru, który pojawia się, gdy nabłonkowy czynnik wzrostu (EGF) aktywuje receptor EGFR znajdujący się na powierzchni komórki. Naukowcom po raz pierwszy udało się pokazać, że poziom nadtlenku wodoru podwaja się, gdy aktywowany jest EGFR.

EGF, oraz inne czynniki wzrostu powodują, że komórka rośnie, albo dzieli się w toku złożonego cyklu reakcji chemicznych zachodzących wewnątrz komórki. Wciąż niejasnym pozostaje dokładny wpływ nadtlenku wodoru na ten proces, jednakże Stano spekuluje, że może on wzmacniać sygnał EGFR. Jako, że nadtlenek wodoru jest cząsteczką małą i nie przemieszcza się dalej jak na 200 nanometrów, sygnał byłby ograniczony do komórki w której powstał.

Zespół Strano odkrył również, że w komórkach raka skóry, które nadmiernie aktywują EGFR, strumień nadtlenku wodoru był dziesięciokrotnie silniejszy niż w normalnych komórkach. Ze względu na tak ogromną różnicę, technologia ta mogłaby być użyteczna w konstruowaniu urządzeń diagnostycznych dla niektórych odmian raka.

Strano wskazuje, że jego zespół jako pierwszy zaprezentował system czujników, który jest w stanie określić pojedynczą cząsteczkę. „Systemy tego rodzaju są w stanie rozróżnić, na przykład, czy pojedyncze cząsteczki pochodzą z enzymu znajdującego się na powierzchni komórki, czy w jej głębi.” – powiedział Strano.

Czujnik składa się z warstwy węglowych nanorurek zatopionych w kolagenie. Komórki mogą na powierzchni kolagenowej rosnąć, a sam kolagen przyciąga i więzi nadtlenek wodoru uwolniony przez komórkę. Gdy nanorurki stykają się z uwięzionym nadtlenkiem wodoru, zaczynają migać. Licząc mignięcia można precyzyjnie określić liczbę cząsteczek znaczących.

Teraz naukowcy planują przebadać różne rodzaje receptorów EGF, by lepiej określić strumień nadtlenku wodoru, oraz jego rolę w oznaczaniu komórki.

Zespół Strano pracuje również nad czujnikami z węglowych nanorurek umożliwiającymi wykrywanie innych cząsteczek. Z powodzeniem przetestowali już czujniki tlenku azotu, oraz ATP.

(lk)