Nuovo chemosensore

30 agosto 2023

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dall'Università Sophia

La pandemia di COVID-19 ha reso molto chiaro che abbiamo bisogno di metodi migliori per individuare rapidamente agenti patogeni e sostanze pericolose. Uno di questi composti che passa regolarmente inosservato è il lipopolisaccaride (LPS), ampiamente noto come "endotossine".

Questa molecola, che si trova nella membrana esterna dei batteri Gram-negativi, può essere molto dannosa per l'uomo. Può innescare una risposta immunitaria importante, producendo febbre e infiammazione. Nel peggiore dei casi, può causare insufficienza d'organo a causa della sepsi.

Sorprendentemente, per una tossina così ubiquamente presente, ci sono pochissimi modi per rilevare efficacemente la presenza di LPS. Il gold standard per la sua rilevazione è il test del lisato di amebociti del limulus (LAL). Poiché questa operazione deve essere eseguita manualmente in un ambiente di laboratorio pulito, la procedura può richiedere diverse ore ed è anche costosa.

Sebbene esistano altri metodi per rilevare gli LPS, anch'essi richiedono molto tempo o sono macchinosi. E il tempo impiegato a volte può causare ritardi significativi nel processo decisionale negli ospedali e nei siti di produzione farmaceutica.

In questo contesto, un gruppo di ricerca giapponese ha aperto la strada a una nuova strategia per rilevare rapidamente LPS in campioni solubili. Nel loro ultimo studio, pubblicato sulla rivista Analytical Chemistry, il team presenta una piattaforma promettente che potrebbe rivoluzionare il modo in cui effettuiamo lo screening per LPS.

Il primo autore dello studio è Hiroshi Kimoto, che è un Ph.D. studente presso la Sophia University, in Giappone, e membro della divisione di sviluppo tecnico presso Nomura Micro Science Co., Ltd. Lo studio è stato scritto in collaborazione da Takashi Hayashita e Takeshi Hashimoto, entrambi della Sophia University, e Yota Suzuki della Saitama University.

Il componente principale del sistema di analisi LPS proposto è un chemosensore fluorescente raziometrico chiamato Zn-dpa-C2OPy. Questo composto, progettato per legarsi selettivamente all'LPS, presenta interessanti proprietà fluorescenti. Quando non è legato all'LPS forma piccole vescicole sferiche che emettono luce con una certa lunghezza d'onda quando eccitate dai raggi UV.

Tuttavia, in presenza di LPS, il chemosensore forma aggregati complessi con la tossina in soluzione; questi aggregati sono strutturalmente distinti dagli aggregati del chemosensore o del solo LPS. I complessi aggregati chemosensore-LPS emettono luce a una lunghezza d'onda completamente diversa quando eccitati dai raggi UV e la loro presenza è stata ulteriormente verificata tramite misurazioni spettrometriche.

Per ottenere un rilevamento LPS ad alta produttività, i ricercatori hanno combinato il chemiosensore con un sistema di analisi dell'iniezione di flusso (FIA) e un fluorofotometro a doppia lunghezza d'onda sviluppato autonomamente. Questo sistema consente di miscelare facilmente un campione liquido di interesse con una quantità nota di chemosensore e la miscela viene quindi alimentata nel fluorofotometro, che misura i cambiamenti di fluorescenza in risposta all'LPS. In base al rapporto tra le intensità di fluorescenza, è possibile stimare la concentrazione di LPS nel campione in ingresso.

Uno dei principali vantaggi di questo sistema è la sua velocità. "Ci vuole solo un minuto dalla raccolta del campione ai risultati dell'analisi, con una produzione oraria di 36 campioni, rendendo questa tecnica estremamente rapida ed efficiente", afferma Kimoto.

Oltre all'elevata produttività, il chemosensore proposto presenta un'elevata sensibilità e stabilità per quantificare l'LPS. Infatti, il chemosensore ha un limite di rilevamento di 11 pM (picomolare), che è inferiore a quello di altri chemosensori di piccole molecole segnalati per il rilevamento di LPS. Ciò significa che è in grado di rilevare concentrazioni di LPS inferiori rispetto ad altri metodi alternativi.