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Portable electrochemical assay system for on-chip quantitative estimation of bladder cancer biomarkers in real samples

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Biosensori per la diagnosi del cancro alla vescica

Il cancro è una delle principali cause di mortalità in tutto il mondo. Poiché la diagnosi precoce è fondamentale per ottenere risultati clinici migliori e per la sopravvivenza, è necessaria una diagnostica sensibile in grado di rilevare le molecole correlate con il cancro.

Nonostante i progressi tecnologici, nella pratica clinica per la diagnosi del cancro si ricorre abitualmente a metodologie tradizionali quali il test ELISA. Tuttavia, si tratta di metodologie dispendiose in termini di tempo e caratterizzate da una bassa sensibilità, per cui sono necessarie soluzioni alternative clinicamente rilevanti per uno screening precoce delle persone a rischio elevato di sviluppare il cancro. Gli scienziati responsabili del progetto Blac E-assay, finanziato dall’UE, si sono proposti di sviluppare dei biosensori, dispositivi ampiamente usati nelle applicazioni biomediche, per rilevare molecole specifiche presenti nei campioni biologici. Per individuare il bersaglio molecolare, i biosensori impiegano dei recettori biologici quali anticorpi, oligonucleotidi o enzimi che generano un segnale come calore, luce o cambiamento del pH. Tramite un trasduttore, l'elemento di bio-riconoscimento viene convertito in un segnale elettrico o ottico proporzionale ai livelli della molecola misurata. I biosensori elettrochimici sono ampiamente usati per il controllo domestico dei livelli di glucosio nel sangue nei pazienti diabetici, nonché per il monitoraggio ambientale, la sicurezza alimentare e il rilevamento di droghe. L'idea di fondo a BlaC E-assay era di generare un sistema diagnostico point-of-care affidabile per il cancro che integrasse le tecnologie della microfluidica e dell'elettrochimica. Un biosensore innovativo per il rilevamento dei marcatori biologici I sensori elettrochimici esistenti assicurano semplicità di funzionamento, accuratezza ed elevata sensibilità, ma spesso fanno riscontrare problemi quali segnali di interferenza e mancanza di specificità e di selettività nei campioni clinici. Poiché la selettività è la caratteristica più importante per un biosensore diagnostico, gli scienziati hanno considerato attentamente le molecole scelte come elemento di bio-riconoscimento. «Il sistema BlaC E-assay è una piattaforma generica e può adattarsi a svariati test diagnostici, purché sia disponibile un elemento di bio-riconoscimento come un anticorpo o un aptamero del DNA», spiega il coordinatore del progetto, dott. Estrela. «I nostri sforzi si sono concentrati sul rilevamento di molteplici proteine bio-marcatrici del cancro alla vescica e al seno», continua. Per risolvere il problema dell'instabilità degli anticorpi, gli scienziati hanno cercato elementi di bio-riconoscimento alternativi, quali gli aptameri oligonucleotidici sintetici che si presentano sotto forma di DNA o RNA a filamento singolo e sono progettati per abbinarsi a bersagli specifici, come le proteine. Il dispositivo da banco di BlaC E-assay comprende un test e camere di rilevamento separati, con una progettazione chimica e microfluidica innovativa della superficie combinata con tecniche di rilevamento elettrochimico. Sebbene non siano stati testati in ambiente clinico, i campioni commerciali di siero sanguigno cui sono stati aggiunti i marcatori biologici in questione hanno mostrato risultati molto promettenti: il biosensore di BlaC E-assay era preciso e ha generato risultati riproducibili. I ricercatori hanno lavorato ulteriormente sulla sensibilità e la risoluzione del dispositivo: infatti, in contesto clinico, i biosensori devono dimostrare un'elevata sensibilità al rilevamento di molecole in concentrazioni ng/ml e devono anche dar prova di una risoluzione sufficiente, rispondendo in maniera proporzionata ai livelli di analita. Il futuro dei biosensori nella diagnosi delle malattie Nonostante l'ampiezza delle ricerche degli ultimi 50 anni, i biosensori disponibili sul mercato sono estremamente limitati, con l'eccezione dei test di gravidanza a flusso laterale e dei biosensori elettrochimici per il glucosio. Fra i problemi relativi alle applicazioni cliniche commerciali vi è la difficoltà di riunire gruppi di ricerca di discipline diverse, di tradurre la ricerca accademica in prototipi fruibili a livello commerciale e di superare complesse questioni normative. Grazie alle tecnologie innovative dei nanomateriali e della micro-fabbricazione, il futuro dei biosensori nella diagnosi biomedica appare comunque promettente. La nicchia di applicazione della diagnosi delle malattie è in continua espansione e i progressi nello sviluppo dei biosensori contribuiranno senza dubbio alla diagnosi di molte malattie. Dopo la prova di principio, il dott. Estrela spera di ottenere finanziamenti aggiuntivi per costruire un prototipo di dispositivo che possa essere riprodotto in miniatura e promosso a livello commerciale.

Parole chiave

BlaC E-assay, biosensori, cancro, elettrochimico, marcatori biologici, recettori biologici

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