Sistema de detección molecular.

Un sensor molecular que contiene:

- Un canal de flujo (12) configurado para hacer fluir una solución (28) que contieneen potencia una molécula objetivo (26);

- Una fuente (16) 5 de luz polarizada;

- Un detector (18) dispuesto para recibir luz procedente de la fuente tras haberatravesado el canal de flujo;

- Y un elemento del sensor (19) que comprende un núcleo estructural (20) con unarelación de aspecto de al menos 75:1 dispuesta en el canal de flujo y una porciónreceptora (24), para la molécula objetivo, adherida al núcleo estructural.

La presente invención hace referencia a un sistema de detección molecular. En particular pero no de forma exclusiva, la invención muestra un sensor molecular que utiliza un fenómeno óptico conocido como dicroísmo para identificar la presencia de determinadas moléculas en una sustancia.

Descripción de los antecedentes [0002] Debido a su naturaleza, los organismos contienen una gran cantidad de moléculas y ensamblajes moleculares complejos. Algunas de las moléculas y de los ensamblajes moleculares más complejos son de gran tamaño y poseen altas relaciones de aspecto (por ejemplo, un eje significativamente más largo que los otros) . Al respecto se utiliza un sistema óptico para detectar con precisión dichas moléculas con alta relación de aspecto. Dicho aparato actúa en función de la interacción de estas moléculas con la luz polarizada (por ejemplo, luz con un campo eléctrico establecido en una única dirección) .

El fenómeno empleado por el sistema arriba mencionado se conoce con el nombre de dicroísmo. La luz incidente puede ser polarizada linealmente, dando lugar a un dicroísmo lineal (LD) , o polarizada circularmente, dando lugar a un dicroísmo circular (CD) . El LD es la propiedad que poseen algunas estructuras moleculares por medio de la cual la luz polarizada linealmente es absorbida diferencialmente a lo largo de dos ejes ortogonales. El CD está relacionado con la diferencia en la absorción de la luz polarizada circularmente hacia izquierda o derecha. Una molécula que es capaz de una absorción selectiva de luz recibe el nombre de cromóforo. Las moléculas dicroicas, por ejemplo aquellas que muestran propiedades dicroicas, constituyen un tipo determinado de cromóforo. Entre los materiales dicroicos se encuentran, por ejemplo, algunos cristales naturales, polímeros estirados y otras moléculas no isotrópicas. Las biomoléculas contienen una amplia gama de cromóforos (incluyendo cadenas laterales aromáticas, nuclótidos y esqueletos peptídicos) .

Para que sea posible observar un efecto dicroico, es necesario que los cromóforos estén alienados o, al menos, parcialmente alineados, con respecto a los rayos incidentes de luz polarizada. Dicha condición permite que sea viable la obtención de información sólo de las moléculas alineadas aún cuando estén entre moléculas desalineadas. No obstante, dicha condición ha limitado, hasta la fecha, la aplicación de la técnica arriba mencionada especialmente al estudio de moléculas grandes con altas relaciones de aspecto, ya que éstas son de fácil alineación. Se considera que una molécula posee una alta relación de aspecto si uno de sus ejes es considerablemente más largo que el otro. Algunas de las posibles moléculas tendrán forma de varilla, disco o cruz. Dependiendo de la rigidez de la molécula, una relación de aspecto de 100:1 puede ser suficiente para facilitar la alineación, pero es preferible una relación de aspecto superior a 1000:1. Algunos ejemplos de grupos de interés que se han alineado de manera satisfactoria contienen biomoléculas lineales en forma de ADN, proteínas fibrosas y membranas (incluyendo las proteínas membranarias) (Marrington R., Small E., Rodger A., Dafforn T.R., Addinall S.G., "FtsZ fiber bundling is triggered by a conformational change in bound GTP", J Biol Chem, 2004;279 (47) :48821-48829; Dafforn T.R., Rajendra J., Halsall D.J., Serpell L.C., Rodger A., "Protein fiber linear dichroism for structure determination and kinetics in a low-volume, low-wavelength couette flow cell", Biophys J, 2004;86 (1 Pt 1) :404-410; Dafforn T.R., Rodger A., "Linear dichroism of biomolecules: which way is up?", Curr Opin Struct Biol, 2004;14 (5) :541-546; Halsall D.J., Rodger A., Dafforn T.R., "Linear dichroism for the detection of single base pair mutations", Chem Commun (Camb) , 2001 (23) :2410-2411) .

Chen R. J. y otros en "Noncovalent functionalization of carbon nanotubes for highly specific electronic biosensors", PNAS, 100 (9) , 29 de abril de 2003, 4984-4989 describen los nanotubos (con diámetros entre 1-3 nm y una longitud de 1-10 μm) con receptores adheridos. De manera electrónica se detecta la unión específica entre el receptor y una molécula objetivo.

En la patente WO2004/010117 se muestra que las técnicas de dicroísmo lineal pueden aplicarse a materiales poliméricos como el ADN, las proteínas y los polisacáridos que pueden orientarse por medio de fuerzas de cizallamiento hacia especies largas como los nanotubos de carbono (buckytubos) .

Un método particularmente conveniente para alinear este tipo de moléculas consiste en crear una solución en la que se incluyan dichas moléculas y después hacer fluir la solución. Debido a la naturaleza de alargamiento de las moléculas, éstas se alinean gracias a las fuerzas de cizallamiento generadas por dicho flujo, haciendo que la muestra sea propicia para mostrar el efecto de dicroísmo lineal.

En un conocido sistema, una vez que las moléculas de interés se han alineado, se dirige la luz polarizada linealmente a través de la solución con una dirección lo suficientemente perpendicular a los ejes de dichas moléculas alineadas. La absorción de la luz se produce dentro de una molécula porque, a una determinada longitud de onda, el campo eléctrico de radiación conduce a los electrones de la molécula en una dirección concreta. Cuando varias moléculas se alinean de manera similar, los electrones en cada una de ellas se caracterizan por elegir la misma dirección de desplazamiento en red. El LD mide la diferencia en la absorción de la luz incidente entre dos polarizaciones ortogonales. Variar la longitud de onda de la luz incidente y detectar la luz emergente de la muestra permiten obtener un espectro que ilustra la absorción de dicha muestra con respecto a la longitud de onda. [0009] Un espectro de LD de una molécula proporciona información sobre los cromóforos que están presentes incluyendo la orientación de los mismos (y de ahí la configuración molecular) y su orientación con respectos a los ejes de polarización. Esta información es importante para comprender la estructura de la molécula. Se debe tener en cuenta que el LD mide una propiedad intensiva de la muestra. La fuerza de absorción puede utilizarse para cuantificar el número de moléculas objetivo que están presente en la muestra. Además, debido a que el LD es extremadamente sensible a los cambios en la alineación, se podrá detectar una anomalía en la estructura de una molécula. Por ejemplo, el LD es capaz de detectar una deformación causada por un solo enlace de hidrógeno con apareamiento erróneo en un fragmento con 1300 pb (par de base) de ADN.

Además, el LD es extremadamente sensible a la formación de un complejo ya que la unión de una molécula alineada a una segunda molécula da lugar a los siguientes efectos medibles:

1) La forma del grupo alineado se verá alterada y como consecuencia la alineación del mismo, lo que lleva a un cambio en el espectro de LD observado.

2) La segunda molécula se verá alineada también gracias a su unión a la molécula que ya lo estaba. Esto dará lugar a la creación de una señal de LD para los cromóforos no alienados anteriormente de la segunda molécula. Así, se podrá obtener información de la estructura del complejo.

Los dos efectos arriba mencionados tienen como resultado fenómenos medibles que pueden utilizarse para detectar la formación de complejos. No sólo se puede mostrar la información estructural de la naturaleza del complejo, sino que además se puede determinar la afinidad de interacción.

No obstante, la mayoría de las moléculas no tiene una alta relación de aspecto y en su lugar poseen formas más parecidas a esferas, con relaciones de aspecto de menos de 5:1. Para poder alinear dichas moléculas, se ha de unir la molécula objetivo a un receptor que por sí mismo presente una alta relación de aspecto. Este método de alineación se ha conseguido y aplicado a los estudios de ligandos (por ejemplo, el cisplatino) que se unen a receptores alineables por naturaleza (por ejemplo, el ADN) . No obstante, el presente método también quedaría limitado en esta aplicación ya que sólo podría estudiar aquellas moléculas que están unidas a receptores alineables por naturaleza.

Es, por tanto, objetivo de la presente invención extender la aplicación del análisis dicroico.

Resumen de la invención

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un sensor molecular que comprende un canal de flujo configurado para hacer fluir una solución que contiene potencialmente un molécula objetivo, una fuente de luz polarizada, un detector preparado para recibir la luz de la fuente una vez que ésta haya atravesado el canal de flujo,... [Seguir leyendo]

1. Un sensor molecular que contiene:

- Un canal de flujo (12) configurado para hacer fluir una solución (28) que contiene en potencia una molécula objetivo (26) ;

- Una fuente (16) de luz polarizada;

- Un detector (18) dispuesto para recibir luz procedente de la fuente tras haber atravesado el canal de flujo;

- Y un elemento del sensor (19) que comprende un núcleo estructural (20) con una relación de aspecto de al menos 75:1 dispuesta en el canal de flujo y una porción receptora (24) , para la molécula objetivo, adherida al núcleo estructural.

2. El sensor molecular según la reivindicación 1 donde la porción receptora es dicroica.

3. El sensor molecular de la reivindicación 1 o 2 donde el núcleo estructural no es dicroico.

4. El sensor molecular según cualquier reivindicación precedente que comprende varios núcleos estructurales (20) .

5. El sensor molecular según cualquier reivindicación anterior donde los núcleos estructurales (20) poseen, además, varias porciones receptoras adheridas.

6. El sensor molecular según la reivindicación 5 donde cada porción receptora tiene la misma afinidad de unión a una molécula objetivo determinada (26) .

7. El sensor molecular según cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde el núcleo o los núcleos estructurales están anclados en el canal de flujo de manera que, en su uso, dichos núcleos son capaces de alinearse en un flujo pero su localización está fijada dentro del canal de flujo.

8. El sensor molecular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores comprende, además, una celda de flujo capaz de rotar para generar flujo en la solución.

9. El sensor molecular según cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 7 contiene, además, un tubo que hace que, al discurrir la solución a través de dicho tubo, se cree flujo.

10. El sensor molecular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la fuente de luz (16) es una fuente de rayos de luz polarizada linealmente.

11. El sensor molecular según cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde la 5 fuente de luz (16) constituye un estroscopio dicroico lineal.

12. El sensor molecular según cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde el detector (18) genera un espectro que muestra la absorción de la solución con respecto a la longitud de onda.

13. El sensor molecular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la fuente de luz (16) y el detector (18) están diseñados para emitir y detectar respectivamente la luz al atravesar perpendicularmente en dirección al flujo.

14. Un método para detectar una molécula objetivo (26) en la solución en movimiento (28) que comprende:

- En un canal de flujo (12) , un núcleo estructural (20) con una relación de aspecto de al menos 75:1 y una porción receptora (27) , para la molécula objetivo, a ella adherida.

- Una solución en movimiento (28) que puede contener una molécula objetivo (26) a lo largo del canal de flujo (12) .

- Una luz polarizada que atraviesa el canal de flujo.

- Y una luz polarizada detectada una vez atravesado el canal de flujo.