I ricercatori dell’Université de Montréal hanno creato una nanoantenna per monitorare i movimenti delle proteine. Segnalato questa settimana in Nature Methods, il dispositivo è un nuovo metodo per monitorare il cambiamento strutturale delle proteine nel tempo e può fare molto per aiutare gli scienziati a comprendere meglio le nanotecnologie naturali e progettate dall’uomo.
“I risultati sono così entusiasmanti che stiamo attualmente lavorando alla creazione di una start-up per commercializzare e rendere disponibile questa nanoantenna alla maggior parte dei ricercatori e all’industria farmaceutica”, ha affermato il professore di chimica dell’UdeM Alexis Vallée-Bélisle, autore senior dello studio.
Una nanoantenna che funziona come una radio ricetrasmittente
Oltre 40 anni fa, i ricercatori hanno inventato il primo sintetizzatore di DNA per creare molecole che codificano informazioni genetiche. “Negli ultimi anni, i chimici hanno capito che il DNA può essere impiegato anche per costruire una varietà di nanostrutture e nanomacchine”, ha aggiunto il ricercatore, che detiene anche la cattedra di ricerca canadese in Bioingegneria e Bionanotecnologia.
“Ispirandosi alle proprietà “simili ai Lego” del DNA, con elementi costitutivi che sono in genere 20.000 volte più piccoli di un capello umano, abbiamo creato una nanoantenna fluorescente basata sul DNA, che può aiutare a caratterizzare la funzione delle proteine”, ha affermato il team.
“Come una radio a due vie che può sia ricevere che trasmettere onde radio, la nanoantenna fluorescente riceve luce in un colore, o lunghezza d’onda, e, a seconda del movimento della proteina che rileva, trasmette la luce in un altro colore, che possiamo rilevare”.
Una delle principali innovazioni di queste nanoantenne è che la parte ricevente dell’antenna viene utilizzata anche per rilevare la superficie molecolare della proteina studiata tramite l’interazione molecolare.
“Uno dei principali vantaggi dell’utilizzo del DNA per progettare queste nanoantenne è che la chimica del DNA è relativamente semplice e programmabile”, ha affermato Scott Harroun, uno studente di dottorato in chimica dell’UdeM e primo autore dello studio.
“Le nanoantenne basate sul DNA possono essere sintetizzate con diverse lunghezze e flessibilità per ottimizzare la loro funzione”, ha affermato. “Si può facilmente attaccare una molecola fluorescente al DNA e quindi collegare questa nanoantenna fluorescente a una nanomacchina biologica, come un enzima”.
“Modellando attentamente il design della nanoantenna, abbiamo creato cinque antenne lunghe nanometri che producono un segnale distinto quando la proteina svolge la sua funzione biologica”.
Secondo gli scienziati, le nanoantenne fluorescenti aprono molte interessanti strade nella biochimica e nella nanotecnologia.
“Ad esempio, siamo stati in grado di rilevare, in tempo reale e per la prima volta, la funzione dell’enzima fosfatasi alcalina con una varietà di molecole e farmaci biologici”, ha affermato Harroun. “Questo enzima è stato implicato in molte malattie, inclusi vari tipi di cancro e infiammazioni intestinali”.
“Oltre ad aiutarci a capire come funzionano o se funzionano male le nanomacchine naturali, portando di conseguenza alla malattia, questo nuovo metodo può anche aiutare i chimici a identificare nuovi farmaci promettenti e guidare i nanoingegneri a sviluppare nanomacchine migliorate”, ha aggiunto Dominic Lauzon, coautore di lo studio che sta facendo il suo dottorato di ricerca in chimica all’UdeM.
Uno dei principali progressi resi possibili da queste nanoantenne è anche la loro facilità d’uso, hanno affermato gli scienziati.
“Forse ciò di cui siamo più entusiasti è la consapevolezza che molti laboratori in tutto il mondo, dotati di uno spettrofluorimetro convenzionale, potrebbero prontamente impiegare queste nanoantenne per studiare la loro proteina preferita, ad esempio per identificare nuovi farmaci o per sviluppare nuove nanotecnologie”, ha affermato Vallée -Bélisle.
