ساخت نانوحسگری برای تشخیص پراکسید هیدروژن در غشاء سلول

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، چندین فرآیند در بدن انسان توسط واکنش‌های بیوشیمیایی مربوط به پراکسید هیدروژن (H۲O۲) تنظیم می‌شود. اگرچه این H۲O۲ می‌تواند به ‌عنوان «پیام‌رسان ثانویه» عمل کند، سیگنال‌های خاصی را بین سلول‌ها پخش یا تقویت کند، اما به‌دلیل خاصیت اکسیدکننده آن به‌طور کلی سمی است و مولکول‌های بیوشیمیایی مانند پروتئین و DNA را اکسید می‌کند. خاصیت اکسیدکننده H۲O۲ از نظر درمانی برای سرطان قابل استفاده است، در این روش H۲O۲ باعث می‌شود تا سلول‌های تومور به‌طور عمدی غلظت H۲O۲ خود را افزایش دهد که این راهی برای از بین بردن تومورهای سرطانی است.

به‌تازگی، لئوناردو پوپولین از موسسه علوم زیستی نانو (WPI-NanoLSI) دانشگاه کانازاوا و همکارانش، حسگری برای اندازه‌گیری غلظت H۲O۲ در مجاورت غشای سلول، با وضوح نانومتر ساخته‌اند.

حسگر زیستی آن‌ها از یک نانوذره طلا با مولکول‌های آلی متصل به آن تشکیل شده ‌است. کل خوشه به‌گونه‌ای طراحی شده ‌است که به‌راحتی در خارج غشای سلول لنگر می‌اندازد، دقیقاً در همان مکانی که مولکول‌های پراکسید هیدروژن برای شناسایی وجود دارد. به‌عنوان مولکول‌های پیوست، دانشمندان از ترکیبی به نام ۴MPBE استفاده کردند که دارای واکنش پراکندگی رامان قوی است.

"به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، چندین فرآیند در بدن انسان توسط واکنش‌های بیوشیمیایی مربوط به پراکسید هیدروژن (H۲O۲) تنظیم می‌شود"یعنی درصورت تابش لیزر به آن‌ها، مولکول‌ها مقداری از انرژی نور لیزر را مصرف می‌کنند.

با اندازه‌گیری تغییر فرکانس نور لیزر و رسم توان سیگنال به‌عنوان تابعی از این تغییر، یک طیف منحصر به فرد به‌دست می‌آید که امضای مولکول‌های ۴MPBE است. وقتی یک مولکول ۴MPBE با یک مولکول H۲O۲ واکنش می‌دهد، طیف رامان آن تغییر می‌کند. براساس این اصل، با مقایسه طیف رامان، محققان این پروژه توانستند میزان غلظت H۲O۲ نزدیک حسگر زیستی را بدست آورند.

دانشمندان قادر به تهیه نقشه غلظت با وضوح حدود ۷۰۰ نانومتر برای نمونه سلول‌های سرطان ریه بودند، که پس از انجام کالیبراسیون نانوحسگر این کار انجام شد. سرانجام، آن‌ها همچنین موفق به گسترش روش خود برای به‌دست آوردن و اندازه‌گیری تغییرات غلظت H۲O۲ در غشاء سلول شدند.

پوپولین و همکارانش نتیجه گرفتند که «رویکرد جدید آن‌ها ممکن است برای مطالعه غلظت H۲O۲ در تکثیر یا مرگ سلول قابل استفاده باشد، اطلاعاتی که برای روشن‌سازی کامل فرایندهای زیستی و طراحی راهبردهای درمانی اساسی، مفید است.»

حسگر زیستی که توسط لئوناردو پوپولین از دانشگاه کانازاوا و همکارانش ساخته شده‌ است، براساس روشی به نام طیف‌سنجی رامان با سطح افزایش یافته (SERS) ساخته شده ‌است.