Détection de biomolécules, comme les lipides, protéines, et les acides nucléiques et leurs interactions dans des échantillons biologiques hétérogènes sont essentiels pour comprendre une multitude de mécanismes biologiques dans la santé et la maladie. Par exemple, la signalisation moléculaire et le transport dans les cellules sont régis par l'association et l'insertion de protéines avec la membrane lipidique cellulaire. Cependant, les techniques actuelles sans marquage ont du mal à différencier l'insertion des protéines, processus de libération chimique et de rupture membranaire, forçant ainsi les expérimentateurs à s'appuyer sur plusieurs techniques qui nécessitent généralement des paramètres expérimentaux différents. Il est donc essentiel de développer de nouveaux biocapteurs à haute sensibilité et sélectivité, capables d'exploiter la signature chimique de différentes espèces biomoléculaires pour permettre l'étude d'interactions multi-analytes complexes.

Dans une étude publiée dans Communication Nature , des chercheurs de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suisse) et leurs collègues des États-Unis présentent un biocapteur dans l'infrarouge moyen basé sur une nouvelle métasurface multirésonante, lequel, pour la première fois, est capable de distinguer plusieurs analytes dans des échantillons biologiques hétérogènes de manière non destructive, en temps réel et avec une sensibilité élevée. Le nouveau capteur y parvient en accédant aux informations d'empreintes chimiques distinctes des protéines, lipides, peptides, ou autre biochimique et permet un suivi simultané et indépendant de leur dynamique d'interaction. En particulier, l'étude montre que le capteur peut résoudre par spectroscopie l'interaction des membranes lipidiques biomimétiques avec différents peptides ainsi que la dynamique de la libération de la cargaison vésiculaire. Ce sont des processus de conservation de masse biologiquement importants qui sont inaccessibles aux techniques standard sans marquage, quelle que soit leur sensibilité.

Étonnamment, le capteur peut résoudre l'interaction des membranes lipidiques avec un peptide porogène toxique tel que la mélittine, à la fois dans les membranes supportées et les vésicules attachées à la surface chargées de molécules de neurotransmetteurs. L'étude montre la surveillance de la rupture de la membrane induite par la mélittine et de la libération de la cargaison de neurotransmetteurs de ces mimes de vésicules synaptiques en temps réel, avec sensibilité monocouche, et sans étiquetage. Ces importantes expériences de preuve de concept ouvrent la voie à l'application de ces biocapteurs pour étudier les mécanismes moléculaires qui sous-tendent des processus importants qui ont été liés aux maladies humaines, une telle formation de pores et rupture de membrane induite par l'agrégation de protéines dans des maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson.

Le nouveau biocapteur représente un outil puissant pour la différenciation, identification et étude simultanée des interactions entre différentes espèces biologiques dans des échantillons complexes, qui comble les lacunes évidentes des techniques actuelles sans marquage. Par ailleurs, il peut être mis en œuvre pour analyser une multitude de systèmes biologiques multi-analytes, ouvrant des voies d'applications passionnantes dans divers domaines allant de la biologie fondamentale au développement de médicaments pharmaceutiques.