Chaque molécule traversant le nanopore peut être identifiée en surveillant le changement qu'elle provoque dans un courant ionique circulant à travers la membrane. Lorsque différentes molécules (objets violets et verts) pénètrent dans le pore (vert indiqué en médaillon), chacun réduit le courant d'une certaine quantité et période de temps (indiqué par le schéma de couleurs correspondant dans le diagramme de courant ci-dessous), en fonction à la fois de sa taille et de sa capacité à attirer les ions proches (points rouges). Le modèle NIST peut être utilisé pour extraire ces informations, qui pourraient être utilisés pour identifier et caractériser des biomarqueurs pour des applications médicales. Crédit :NIST
Les scientifiques de l'Institut national des normes et de la technologie ont fait un pas de plus vers le développement des moyens d'un test sanguin de diagnostic rapide qui peut rechercher des milliers de marqueurs de maladies et d'autres indicateurs chimiques de la santé. L'équipe rapporte qu'elle a appris à décoder les signaux électriques générés par un nanopore - une "porte" de moins de 2 nanomètres de large dans une membrane cellulaire artificielle.
Les nanopores ne sont pas nouveaux eux-mêmes; depuis plus d'une décennie, les scientifiques ont cherché à utiliser un détecteur électrique à base de nanopores pour caractériser l'ADN simple brin pour des applications de séquençage génétique. Plus récemment, Les scientifiques du NIST ont tourné leur attention vers l'utilisation de nanopores pour identifier, quantifier et caractériser chacun des plus de 20, 000 protéines produites par le corps—une capacité qui fournirait un instantané de la santé globale d'un patient à un moment donné. Mais alors que les nanopores permettent aux molécules d'y entrer une à la fois, déterminer quelle molécule individuelle spécifique vient de traverser n'a pas été facile.
Pour résoudre ce problème, Les membres de l'équipe du NIST qui ont précédemment développé une méthode pour distinguer à la fois la taille et la concentration de chaque type de molécule que le nanopore admet ont maintenant répondu à la question de savoir comment ces molécules individuelles interagissent avec le nanopore. Leur nouveau modèle théorique décrit la physique et la chimie de la façon dont le nanopore, en effet, analyse une molécule, une compréhension qui fera progresser l'utilisation des nanopores dans le domaine médical.
"Ce travail nous rapproche un peu plus de la réalisation de ces nanopores en tant qu'outil de diagnostic puissant pour la science médicale, " dit Joseph Reiner, qui a exécuté le travail avec Joseph Robertson, et John Kasianowicz, tous de la division électronique des semi-conducteurs du NIST. "Cela s'ajoute à la" pierre de Rosette "qui nous permettra de lire quelles molécules viennent de traverser un nanopore."
Grâce à leurs nouvelles méthodes, l'équipe a pu modéliser l'interaction d'un type particulier de grosse molécule à travers l'ouverture d'un nanopore avec une grande précision. Les molécules étaient du polyéthylène glycol (PEG), un polymère bien compris qui forme des chaînes de longueur variable.
"Les chaînes PEG peuvent être très longues, mais chaque lien est très petit, " dit Kasianowicz. " C'était un bon test parce que nous voulions voir si le nanopore pouvait différencier deux grosses molécules presque identiques qui ne diffèrent en longueur que de quelques atomes. "
L'appareil de l'équipe a pu distinguer facilement les chaînes PEG de différentes tailles, et le modèle qu'ils ont développé pour décrire les interactions PEG-nanopore les encourage à penser qu'avec des efforts supplémentaires, les minuscules capteurs peuvent être personnalisés pour mesurer rapidement de nombreuses molécules différentes. "Nous pourrions éventuellement construire un réseau de nombreux nanopores, chacun créé pour mesurer une substance spécifique, " dit Kasianowicz. " Parce que chaque nanopore est si petit, une matrice avec une pour chaque protéine dans le corps serait encore minuscule."
