La nano-bilancia per le molecole

È possibile “pesare” una singola molecola? Per i ricercatori del California Institute of Technology sì, grazie alla loro “nano-bilancia”. Descritta su Nature Nanotechnology, è uno strumento piccolissimo, in grado di misurare in tempo reale la massa di singole molecole, che potrebbe permettere di studiare le funzioni di singole proteine nelle cellule, capire come agiscono i virus e monitorare le sostanze inquinanti contenute nell’aria.

Le dimensioni del prototipo, messo a punto insieme ai ricercatori del Cea-Leti (Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives) di Grenoble in Francia, non superano i due milionesimi di metro. Il dispositivo è costituito da un sistema nano-elettromeccanico di risonanza (Nems), ossia una piccolissima struttura vibrante simile a un ponte. Quando una particella, sia essa una proteina o un virus, si posa sul ponte, ne altera la frequenza di oscillazione e dal cambiamento di frequenza è possibile calcolare la massa e la posizione precise della molecola in esame.

Nei loro esperimenti gli studiosi hanno misurato la massa degli anticorpi IgM (immunoglobuline di tipo M), prodotti dalle cellule del sistema immunitario in risposta alle infezioni. Nel sangue le IgM si trovano in complessi macromolecolari costituiti da più unità di singole immunoglobuline che interagiscono tra loro. Usando la nano-bilancia, i ricercatori sono riusciti a identificare i vari complessi di IgM, misurarne il peso e determinare quante molecole di ogni tipo erano presenti.

“È la prima volta che siamo riusciti a misurare la massa di un singolo complesso proteico”, racconta Michael Roukes, responsabile dello studio. “Finora, era possibile ottenere una stima della massa di una molecola effettuando misurazioni su centinaia di particelle identiche. Con il prototipo attuale, basta una sola molecola e la misurazione può essere fatta in tempo reale man mano che le particelle si posano sulla bilancia”.

Secondo il ricercatore, la nano-bilancia rappresenta una tecnologia rivoluzionaria che offre la possibilità di studiare in dettaglio le funzioni di singole proteine e capire il loro ruolo nei processi biologici e nelle malattie. Nel caso delle IgM, per esempio, sapere quanti e quali complessi macromolecolari sono presenti potrebbe essere utile nella diagnosi di malattie come la microglobulinemia di Waldenstrom, caratterizzate da alterazioni del numero di queste molecole.

Riferimenti: Nature Nanotechnology doi:10.1038/nnano.2012.119

Credit immagine a Caltech / Scott Kelber and Michael Roukes