p uma imagem TEM (esquerda, reproduzido pelo menos 3 vezes) e esboços (à direita) da estrutura de origami do DNA usada para a montagem da nanoantena com a posição do hotspot plasmônico indicada em vermelho. Uma imagem TEM de média de classe representativa do origami de DNA usado é mostrada no canto superior direito. b Esquemas da montagem de NACHOS:a construção de origami de DNA é ligada à superfície revestida de BSA-biotina por meio de interações biotina-NeutrAvidina, partículas de prata de 100 nm funcionalizadas com DNA tiolado são anexadas à nanoantena de origami de DNA via cadeias de ligação de poliadenina (A20) na geometria tipo zíper para minimizar a distância entre o origami e as nanopartículas30. c Imagem TEM de um NACHOS com nanopartículas de prata de 100 nm (reproduzida pelo menos 3 vezes). d Transientes de intensidade de fluorescência de molécula única, medido por microscopia confocal, normalizado para o mesmo poder de excitação de um único corante Alexa Fluor 647 incorporado em um origami de DNA (laranja) e em uma nanoantena de origami de DNA com duas nanopartículas de prata de 100 nm (azul) excitadas em 639 nm e. Distribuição de aumento de fluorescência de Alexa Fluor 647 medido em NACHOS com nanopartículas de prata de 100 nm. Um número total de 164 e 449 moléculas únicas na referência (mais exemplos são fornecidos na Fig. Suplementar. 3) e estruturas NACHOS foram analisadas, respectivamente. Crédito: Nature Communications (2021). DOI:10.1038 / s41467-021-21238-9
p Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU), em Munique, pesquisadores mostram que a luz emitida por uma única molécula pode ser detectada com uma configuração óptica de baixo custo. Seu protótipo pode facilitar o diagnóstico médico. p Os biomarcadores desempenham um papel central no diagnóstico da doença e na avaliação de seu curso. Entre os marcadores agora em uso estão os genes, proteínas, hormônios, lipídios e outras classes de moléculas. Biomarcadores podem ser encontrados no sangue, no líquido cefalorraquidiano, urina e vários tipos de tecidos, mas a maioria deles tem uma coisa em comum:eles ocorrem em concentrações extremamente baixas, e são, portanto, tecnicamente desafiadores para detectar e quantificar.
p Muitos procedimentos de detecção usam sondas moleculares, tais como anticorpos ou sequências curtas de ácido nucleico, que são projetados para se ligar a biomarcadores específicos. Quando uma sonda reconhece e se liga ao seu alvo, reações químicas ou físicas dão origem a sinais de fluorescência. Esses métodos funcionam bem, desde que sejam sensíveis o suficiente para reconhecer o biomarcador relevante em uma alta porcentagem de todos os pacientes que o carregam no sangue. Além disso, antes que tais testes baseados em fluorescência possam ser usados na prática, os próprios biomarcadores ou seus sinais devem ser amplificados. O objetivo final é permitir que a triagem médica seja realizada diretamente nos pacientes, sem ter que enviar as amostras para um laboratório distante para análise.
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Antenas moleculares amplificam sinais de fluorescência
p Philip Tinnefeld, que detém uma cadeira em Físico-Química na LMU, desenvolveu uma estratégia para determinar os níveis de biomarcadores presentes em baixas concentrações. Ele conseguiu acoplar sondas de DNA a minúsculas partículas de ouro ou prata. Pares de partículas ('dímeros') atuam como nanoantenas que amplificam os sinais de fluorescência. O truque funciona da seguinte maneira:as interações entre as nanopartículas e as ondas de luz que chegam intensificam os campos eletromagnéticos locais, e isso, por sua vez, leva a um grande aumento na amplitude da fluorescência. Desta maneira, bactérias que contêm genes de resistência a antibióticos e até vírus podem ser detectadas especificamente.
p "Nanantenas baseadas em DNA têm sido estudadas nos últimos anos, "diz Kateryna Trofymchuk, co-primeiro autor do estudo. "Mas a fabricação dessas nanoestruturas apresenta desafios." O grupo de pesquisa de Philip Tinnefeld agora conseguiu configurar os componentes de suas nanoantenas com mais precisão, e no posicionamento das moléculas de DNA que servem como sondas de captura no local da amplificação do sinal. Juntos, essas modificações permitem que o sinal de fluorescência seja amplificado de maneira mais eficaz. Além disso, no minúsculo volume envolvido, que é da ordem de zeptolitros (um zeptolitro é igual a 10-21 de um litro), ainda mais moléculas podem ser capturadas.
p O alto grau de controle de posicionamento é possibilitado pela nanotecnologia de DNA, que explora as propriedades estruturais do DNA para orientar a montagem de todos os tipos de objetos em nanoescala - em números extremamente grandes. "Em uma amostra, podemos produzir simultaneamente bilhões dessas nanoantenas, usando um procedimento que consiste basicamente em pipetar algumas soluções juntas, "diz Trofymchuk.
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Diagnósticos de rotina no smartphone
p "No futuro, "diz Viktorija Glembockyte, também co-primeiro autor da publicação, "Nossa tecnologia poderia ser utilizada para testes de diagnóstico mesmo em áreas onde o acesso à eletricidade ou equipamentos de laboratório é restrito. Mostramos que podemos detectar diretamente pequenos fragmentos de DNA no soro do sangue, usando um portátil, microscópio baseado em smartphone que funciona com um carregador USB convencional para monitorar o ensaio. "Os smartphones mais novos geralmente são equipados com câmeras muito boas. Além disso, tudo o que é necessário é um laser e uma lente - dois componentes baratos e disponíveis. Os pesquisadores do LMU usaram esta receita básica para construir seus protótipos.
p Eles continuaram demonstrando que fragmentos de DNA que são específicos para genes de resistência a antibióticos em bactérias podem ser detectados por esta configuração. Mas o ensaio pode ser facilmente modificado para detectar toda uma gama de tipos de alvos interessantes, como vírus. Tinnefeld está otimista:"O ano passado mostrou que sempre há necessidade de métodos de diagnóstico novos e inovadores, e talvez nossa tecnologia possa um dia contribuir para o desenvolvimento de um teste diagnóstico barato e confiável que possa ser realizado em casa. "