MIT kemiingenjörer har byggt en sensoruppsättning som, för första gången, kan detektera enstaka molekyler av väteperoxid som kommer från en enda levande cell.

Väteperoxid har länge varit känt för att skada celler och deras DNA, men forskare har nyligen upptäckt bevis som pekar på en mer fördelaktig roll:det verkar fungera som en signalmolekyl i en kritisk cellväg som stimulerar tillväxt, bland andra funktioner.

När den vägen går snett, celler kan bli cancerösa, så att förstå väteperoxids roll kan leda till nya mål för potentiella cancerläkemedel, säger Michael Strano, ledare för forskargruppen. Strano och hans kollegor beskriver sin nya sensoruppsättning, som är gjord av kolnanorör, i nätupplagan den 7 mars av Naturens nanoteknik .

Stranos team använde arrayen för att studera flödet av väteperoxid som uppstår när en vanlig tillväxtfaktor som kallas EGF aktiverar sitt mål, en receptor som kallas EGFR, ligger på cellytor. För första gången, teamet visade att väteperoxidnivåerna mer än fördubblas när EGFR aktiveras.

EGF och andra tillväxtfaktorer inducerar celler att växa eller dela sig genom en komplex kaskad av reaktioner inuti cellen. Det är fortfarande oklart exakt hur väteperoxid påverkar denna process, men Strano spekulerar i att det på något sätt kan förstärka EGFR-signalen, förstärker meddelandet till cellen. Eftersom väteperoxid är en liten molekyl som inte diffunderar långt (cirka 200 nanometer), signalen skulle vara begränsad till cellen där den producerades.

Teamet fann också att i hudcancerceller, tros ha överaktiv EGFR-aktivitet, väteperoxidflödet var 10 gånger större än i normala celler. På grund av den dramatiska skillnaden, Strano tror att denna teknik kan vara användbar för att bygga diagnostiska enheter för vissa typer av cancer.

"Du kan föreställa dig en liten handhållen enhet, till exempel, som din läkare kan peka på viss vävnad på ett minimalt invasivt sätt och berätta om denna väg är skadad, " han säger.

Strano påpekar att detta är första gången en rad sensorer med en molekylspecificitet någonsin har demonstrerats. Han och hans kollegor härledde matematiskt att en sådan array kan skilja "närfälts" molekylär generering från den som äger rum långt från sensorytan. "Arrayer av denna typ har förmågan att särskilja, till exempel, om enstaka molekyler kommer från ett enzym som finns på cellytan, eller från djupet inuti cellen, säger Strano.

Sensorn består av en film av kolnanorör inbäddade i kollagen. Celler kan växa på kollagenytan, och kollagenet attraherar och fångar också väteperoxid som frigörs av cellen. När nanorören kommer i kontakt med den fångade väteperoxiden, deras fluorescens flimrar. Genom att räkna flimmerna, man kan få en exakt räkning av de infallande molekylerna.

Forskare i Stranos labb planerar att studera olika former av EGF-receptorn för att bättre karakterisera väteperoxidflödet och dess roll i cellsignalering. De har redan upptäckt att syremolekyler förbrukas för att generera peroxiden.

Stranos team arbetar också med kolnanorörssensorer för andra molekyler. Teamet har redan framgångsrikt testat sensorer för kväveoxid och ATP (molekylen som bär energi i en cell). "Listan över biomolekyler som vi nu kan detektera mycket specifikt och selektivt växer snabbt, säger Strano, som också påpekar att förmågan att detektera och räkna enstaka molekyler skiljer kolnanorör från många andra nanosensorplattformar.