Kunstig nanoporeproduktion kan føre til tidlig påvisning af sygdom

(Phys.org) -- Et multidisciplinært team fra University of Texas i Arlington har modtaget en $360, 000 bevilling fra National Science Foundation til at bygge kunstige nanoporer lavet af silicium, der kan opdage "dårlige molekyler" som en meget tidlig indikation på kræft og andre sygdomme.

Samir Iqbal, en adjunkt i elektroteknik, der fokuserer på nanoteknologi, leder projektet. Han arbejder sammen med Purnendu "Sandy" Dasgupta, Jenkins Garrett professor i kemi og biokemi, og Richard Timmons, en fornem professor i kemi.

Nanoporer er små åbninger på ca. 000 gange mindre end en menneskelig pore på huden eller et menneskehår, lavet i meget tynde siliciumspåner. Siliciumchipsene er det samme materiale i computerprocessorer og -hukommelser.

Iqbals team vil køre prøver fra mennesker af blod gennem disse kunstigt skabte nanoporer i en siliciumchip og registrere, hvordan sammensætningen kan ændre sig som en funktion af sygdom.

Forskere vil måle reaktionen mellem ioner af blod og nanoporer og sammenligne dataene med andre ikke-reaktive nanoporer, som vil bestemme unormale niveauer af bestemte kemikalier, der indikerer, om en sygdom er til stede på molekylært niveau.

"Vi kender mange varianter af visse kemikalier som enantiomerer, eller de unormale mængder af visse kemikalier som kolesterol. Disse kemikalier fortæller os, om nogen er udsat for visse sygdomme, " sagde Iqbal. "Nu vil vi være i stand til at opdage disse varianter i ekstremt små mængder og i et bærbart systemformat. Vi vil være i stand til at opdage endda et par hundrede kopier af dårlige molekyler for at identificere risici for sygdomme som kræft. Det er meget, meget tidlig opdagelse."

Enantiomerer er spejlbilledede optiske isomerer eller forbindelser med den samme molekylære formel, men forskellige strukturelle former, såsom et par menneskelige hænder. De er spejlbilleder af hinanden, men kan ikke overlejres.

Et andet eksempel er thalidomid, et lægemiddel, der blev introduceret i slutningen af ​​1950'erne til behandling af morgenkvalme hos gravide kvinder. En enantiomer af lægemidlet viste sig at være et godt beroligende middel mod morgenkvalme. Spejlbilledet af den enantiomer, til stede i lægemiddelformuleringen, imidlertid, forårsagede fødselsdefekter, fører til, at stoffet bliver trukket fra markedet.

Gennem den nye forskning, Iqbal og hans kolleger ville være i stand til at bestemme lignende forskelle på molekylært niveau, før de dårlige varianter af nye molekyler forårsager ødelæggende virkninger.

Med hjælp fra nanoporerne, forskere vil være i stand til at identificere, hvordan kræft ser ud på molekylært niveau. Det er her ekspertisen hos de to UT Arlington-kemikere ligger, sagde Iqbal.

Timmons har ekspertise i at indsætte kemikalier i nanoporerne. Dasguptas ekspertise er i at påvise kemikalier i spormængder.

"Det er spændende, at vi kan have en lille bredt anvendelig platform, der vil være brugbar på en række forskellige områder, " sagde Dasgupta.

Teammedlemmer sagde, at der også findes crossover-applikationer til teknologien. For eksempel, detektionen af ​​nanopore-teknologien kunne anvendes til at måle luft- eller vandkvaliteten.

"Igen, jo tidligere vi ved, om en vand- eller luftkilde er forurenet, jo bedre vil de mennesker, der bor der, have det, " sagde Iqbal.

Carolyn Cason, UT Arlingtons midlertidige vicepræsident for forskning, sagde sådan kollaborativ forskning fremmer universitetets mission.

"Det fortæller alle her, at vi kan bruge de ressourcer, der er tilgængelige for os, til at løse virkelige sundhedsproblemer, " sagde Cason. "Denne forskning har sundhedsrelaterede konsekvenser, som kan mærkes på tværs af industrien."