(Phys.org) — De minuscules chambres biomoléculaires appelées nanopores qui peuvent être chauffées sélectivement peuvent aider les médecins à diagnostiquer la maladie plus efficacement si des recherches récentes menées par une équipe du National Institute of Standards and Technology (NIST), Collège Wheaton, et Virginia Commonwealth University (VCU) s'avère efficace. Bien que les résultats puissent être des années avant l'application en clinique, ils pourraient un jour améliorer la capacité des médecins à rechercher rapidement dans la circulation sanguine des indicateurs de maladie, un objectif de longue date de la recherche médicale.

L'équipe a été pionnière dans les travaux sur l'utilisation de nanopores - de minuscules chambres qui imitent les canaux ioniques dans les membranes des cellules - pour la détection et l'identification d'un large éventail de molécules, y compris l'ADN. Les canaux ioniques sont les passerelles par lesquelles la cellule admet et expulse des matériaux comme les protéines, ions et acides nucléiques. Le canal ionique typique est si petit qu'une seule molécule peut s'y insérer à la fois.

Précédemment, les membres de l'équipe ont inséré un nanopore dans une membrane cellulaire artificielle, qu'ils plaçaient entre deux électrodes. Avec cette configuration, ils pourraient conduire des molécules individuelles dans le nanopore et les y piéger pendant quelques millisecondes, assez pour explorer certaines de leurs caractéristiques physiques.

"Une seule molécule crée un changement marqué du courant qui traverse le pore, qui nous permet de mesurer la masse et la charge électrique de la molécule avec une grande précision, " dit Joseph Reiner, un physicien à VCU qui a précédemment travaillé au NIST. "Cela permet la discrimination entre différentes molécules à haute résolution. Mais pour le travail médical réel, les médecins et les cliniciens auront besoin de capacités de mesure encore plus avancées."

L'un des objectifs des travaux de l'équipe est de différencier non seulement plusieurs types de molécules, mais parmi les milliers de protéines différentes et d'autres biomarqueurs dans notre circulation sanguine. Par exemple, des changements dans les niveaux de protéines peuvent indiquer le début de la maladie, mais avec autant de molécules similaires dans le mélange, il est important de ne pas les confondre. L'équipe a donc étendu sa capacité de mesure en attachant des nanoparticules d'or à des nanopores modifiés, "qui fournit un autre moyen de discriminer entre diverses espèces moléculaires via le contrôle de la température, " dit Reiner.

L'équipe a attaché des nanoparticules d'or au nanopore via des attaches constituées de brins d'ADN complémentaires. La capacité de l'or à absorber la lumière et à convertir rapidement son énergie en chaleur qui conduit dans la solution adjacente permet à l'équipe de modifier la température du nanopore avec un laser à volonté, changeant dynamiquement la façon dont les molécules individuelles interagissent avec elle.

« Historiquement, des changements de température soudains ont été utilisés pour déterminer les taux de réactions chimiques qui étaient auparavant inaccessibles à la mesure, " dit le biophysicien du NIST John Kasianowicz. " La capacité de changer rapidement les températures dans des volumes proportionnels à la taille des molécules uniques permettra la séparation d'espèces subtilement différentes. Cela facilitera non seulement la détection et l'identification des biomarqueurs, cela aidera également à développer une compréhension plus approfondie des processus thermodynamiques et cinétiques dans des molécules uniques. »

L'équipe recherche des moyens d'améliorer les nanopores à base de semi-conducteurs, ce qui pourrait encore étendre cette nouvelle capacité de mesure.