Detectando biomoléculas, como lipídios, proteínas, e ácidos nucléicos e suas interações em amostras biológicas heterogêneas é crucial para a compreensão de uma infinidade de mecanismos biológicos na saúde e na doença. Por exemplo, a sinalização molecular e o transporte nas células são governados pela associação e inserção de proteínas na membrana lipídica da célula. Contudo, as técnicas livres de rótulos atuais lutam para diferenciar a inserção de proteínas, processos de liberação química e ruptura da membrana, assim, forçando os experimentalistas a confiar em várias técnicas que geralmente requerem diferentes configurações experimentais. Portanto, é essencial desenvolver novos biossensores com alta sensibilidade e seletividade que sejam capazes de alavancar a assinatura química de diferentes espécies biomoleculares para permitir a investigação de interações complexas de multi-analitos.

Em um estudo publicado em Nature Communications , pesquisadores da Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suíça) e seus colegas dos EUA apresentam um biossensor de infravermelho médio baseado em uma nova metassuperfície multirressonante, que, pela primeira vez, é capaz de distinguir múltiplos analitos em amostras biológicas heterogêneas de forma não destrutiva, em tempo real e com alta sensibilidade. O novo sensor consegue isso acessando as informações de impressão digital química distinta de proteínas, lipídios, peptídeos, ou outro bioquímico e permite o monitoramento simultâneo e independente de sua dinâmica de interação. Em particular, o estudo mostra que o sensor pode resolver espectroscopicamente a interação de membranas lipídicas biomiméticas com diferentes peptídeos, bem como a dinâmica de liberação de carga vesicular. Esses são processos de preservação de massa biologicamente importantes que são inacessíveis às técnicas padrão sem rótulo, independentemente de sua sensibilidade.

Surpreendentemente, o sensor pode resolver a interação das membranas lipídicas com um peptídeo formador de poros tóxico, como a melitina, tanto em membranas com suporte quanto em vesículas presas à superfície carregadas com moléculas de neurotransmissores. O estudo mostra o monitoramento da ruptura da membrana induzida pela melitina e da liberação de carga do neurotransmissor de tais simulações de vesículas sinápticas em tempo real, com sensibilidade de monocamada, e sem rotulagem. Esses importantes experimentos de prova de conceito abrem caminho para a aplicação desses biossensores para investigar os mecanismos moleculares que sustentam processos importantes que têm sido associados a doenças humanas, tal formação de poros e ruptura de membrana induzida pela agregação de proteínas em doenças neurodegenerativas, como Alzheimer e doença de Parkinson.

O novo biossensor representa uma ferramenta poderosa para a diferenciação, identificação e investigação simultânea das interações entre diferentes espécies biológicas em amostras complexas, que aborda as deficiências claras das técnicas atuais sem etiqueta. Além disso, pode ser implementado para analisar uma infinidade de sistemas biológicos multi-analitos, abrindo emocionantes avenidas de aplicações em diversos campos que vão desde a biologia fundamental ao desenvolvimento de medicamentos farmacêuticos.