Un successo tutto italiano la prima evidenza sperimentale della misura di concentrazioni bassissime di proteine fino al limite record di una singola molecola, usando un transistor di dimensioni millimetriche. Il risultato promette ricadute strategiche di grande rilevanza per il futuro della diagnostica medica, poiché le dimensioni e la struttura del dispositivo ne consentono la produzione su vasta scala a costi contenuti. Il dispositivo è robusto ed affidabile e pertanto facilmente impiegabile fuori dal laboratorio.

Questo risultato è stato raggiunto grazie all’enorme amplificazione del segnale ottenuta integrando nel un transistor bio-elettronico un film che simula la membrana cellulare. L’intuizione è arrivata osservando che alcune cellule, attraverso la propria membrana, sono in grado di riconoscere singole proteine come i ferormoni.

“Si tratta di una ricerca alla quale abbiamo lavorato per oltre due anni – sottolinea la professoressa Luisa Torsi coordinatrice della ricerca – ed è una grandissima soddisfazione vederla decollare. La nostra tecnologia, battezzata SiMoT (Single-Molecule with a Transistor), consentirà di diagnosticare patologie progressive non solo prima che i sintomi si manifestino ma, forse, addirittura appena l’organismo produce i primi bio-marcatori specifici. Mi piace inoltre ricordare che questo lavoro è il frutto della collaborazione fra istituzioni italiane quali: l’università di Bari, l’università di Brescia, l’istituto di fotonica e nanotecnologie del CNR ed il consorzio per lo sviluppo di sistemi a grande interfase. è inoltre uno studio interdisciplinare portato a termine con finanziamenti contingentati, da chimici, fisici ed ingegneri” – conclude la prof. Torsi.

Nature, una delle riviste scientifiche più prestigiose, evidenzia l’importanza della tecnologia SiMoT in una sua recensione pubblicata qualche giorno fa. L’ impatto è tale da promettere di rivoluzionare la diagnostica medica che si basa, attualmente, su tecnologie che rivelano al più centinaia di migliaia di marcatori. La sensibilità della tecnologia SiMoT, in grado rivelare un singolo bio-marcatore, è talmente elevata da non poter essere migliorata oltre; si tratta, pertanto, di un record mondiale assoluto. In termini tecnici si può inoltre affermare che la rivelazione SiMoT è “selettiva” in quanto vede solo il bio-marcatore specifico di interesse, ed è label-free poiché diretta e non mediata da altre molecole. Inoltre, è una piattaforma generale che può essere facilmente adattata alla rivelazione di uno specifico bio-marcatore, per esempio un antigene. Per farlo, è sufficiente integrare nel dispositivo l’anticorpo che riconosce l’antigene di interesse.

La medicina di precisione ha bisogno di strumenti sempre più sensibili e performanti che consentano di applicare le tecnologie più avanzate nella pratica clinica quotidiana: la digitalizzazione dell’analisi dei bio-marcatori che li quantifica a livello della singola molecola è dunque la nuova frontiera. La tecnologia SiMoT promette quindi di essere un prezioso strumento che consentirà ai clinici di associare il più piccolo aumento di un determinato bio-marcatore, alla progressione della patologia. Sarà forse addirittura possibile identificare il momento preciso in cui un organismo passa dall’essere ‘sano’ al divenire ‘malato’ aumentando enormemente la capacità di curare le patologie attraverso metodi di trattamento tempestivi, specifici e mirati. L’elevatissima sensibilità di SiMoT potrà essere utile anche per tenere sotto controllo le recidive, per esempio dopo l’asportazione di un tumore; ma anche per limitare l’uso di procedure invasive come le biopsie permettendo la rilevazione di marcatori in fluidi biologici facilmente accessibili come il sangue, l’urina o anche la saliva nei quali i marcatori sono presenti a concentrazioni bassissime.

Si prevede che la tecnologia SiMoT possa quindi contribuire al miglioramento della qualità della vita e della longevità delle generazioni a venire contribuendo, al contempo, alla riduzione della spesa sanitaria.

La scheda

– Che cosa: realizzato un sensore millimetrico in grado di rivelare una singola molecola.

Recensione pubblicata su Nature: https://www.nature.com/articles/d41586-018-05950-z

Pubblicato su: Nature Communications

Single-molecule detection with a millimetre-sized transistor. Eleonora Macchia, Kyriaki Manoli, Brigitte Holzer, Cinzia Di Franco, Matteo Ghittorelli, Fabrizio Torricelli, Domenico Alberga, Giuseppe Felice Mangiatordi, Gerardo Palazzo, Gaetano Scamarcio & Luisa Torsi.  Nature Communications (2018). DOI: 10.1038/s41467-018-05235-z.

– Chi: Dipartimento di Chimica, Dipartimento di Farmacia, Scienze del Farmaco, Università degli Studi di Bari “Aldo Moro”, Dipartimento Interateneo di Fisica “M. Merlin” Università degli Studi di Bari “Aldo Moro” e Politecnico di Bari.  CNR-Istituto di Fotonica e Nanotecnologie, Sede di Bari. Dipartimento Ingegneria dell’Informazione, Università degli Studi di Brescia.  CSGI (Centre for Colloid and Surface Science), Bari.

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