Upptäcka biomolekyler, som lipider, proteiner, och nukleinsyror och deras interaktioner i heterogena biologiska prover är avgörande för att förstå en mängd biologiska mekanismer i hälsa och sjukdom. Till exempel, molekylär signalering och transport i celler styrs av associationen och infogningen av proteiner med celllipidmembranet. Dock, nuvarande etikettfria tekniker kämpar för att differentiera proteininsättning, kemisk frisättning och membranavbrottsprocesser, vilket tvingar experimentalister att förlita sig på flera tekniker som vanligtvis kräver olika experimentella inställningar. Det är därför viktigt att utveckla nya biosensorer med hög känslighet och selektivitet som kan utnyttja den kemiska signaturen hos olika biomolekylära arter för att möjliggöra undersökning av komplexa multianalytinteraktioner.

I en studie publicerad i Naturkommunikation , forskare vid Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (Schweiz) och deras kollegor från USA introducerar en mellaninfraröd biosensor baserad på en ny multiresonant metayta, som, för första gången, kan särskilja flera analyter i heterogena biologiska prover på ett icke-destruktivt sätt, i realtid och med hög känslighet. Den nya sensorn uppnår detta genom att komma åt den distinkta kemiska fingeravtrycksinformationen för proteiner, lipider, peptider, eller annan biokemisk och tillåter samtidig och oberoende övervakning av deras interaktionsdynamik. Särskilt, studien visar att sensorn spektroskopiskt kan lösa interaktionen mellan biomimetiska lipidmembran med olika peptider samt dynamiken i vesikulär lastfrisättning. Dessa är biologiskt viktiga masskonserveringsprocesser som är otillgängliga för vanliga etikettfria tekniker, oavsett deras känslighet.

Slående, sensorn kan lösa interaktionen av lipidmembran med en giftig porbildande peptid som melittin, både i stödda membran och ytbundna vesiklar laddade med signalsubstansmolekyler. Studien visar övervakning av melittin-inducerad membranstörning och neurotransmittorlastfrisättning från sådana synaptiska vesikelhärmar i realtid, med monolagerkänslighet, och utan märkning. Dessa viktiga proof of concept-experiment banar väg för att tillämpa dessa biosensorer för att undersöka de molekylära mekanismerna som ligger till grund för viktiga processer som har kopplats till mänskliga sjukdomar, sådan porbildning och membranstörning inducerad av proteinaggregation vid neurodegenerativa sjukdomar såsom Alzheimers och Parkinsons sjukdom.

Den nya biosensorn representerar ett kraftfullt verktyg för differentiering, identifiering och samtidig undersökning av interaktioner mellan olika biologiska arter i komplexa prover, som tar itu med de tydliga bristerna med nuvarande etikettfria tekniker. Vidare, det kan implementeras för att analysera en mängd biologiska multianalytiska system, öppnar spännande applikationsmöjligheter inom olika områden, från grundläggande biologi till läkemedelsutveckling.