Razvoj analitskih platform na osnovi nanotelesc za molekularno detekcijo in analizo bioloških sistemov z nanometrsko ločljivostjo
Raziskave, opravljene v Laboratoriju za vede o okolju in življenju (LVOŽ), so privedle do razvoja inovativnih sistemov na osnovi nanotelesc za molekularno detekcijo, slikanje z nanometrsko ločljivostjo in analizo kompleksnih bioloških sistemov. Dosežki skupine so pomembno prispevali k mednarodni prepoznavnosti raziskovalnega dela laboratorija na področjih molekulskega inženirstva, nanotehnologije ter analitske biotehnologije.
Pomemben prispevek raziskav predstavlja razvoj analitskih platform za proučevanje nanoskopskega okolja membranskih proteinov ter organizacije celičnih receptorjev z nanometrsko ločljivostjo. Ambrosetti s sodelavci (2021) je razvil pristop na osnovi sestavljanja struktur DNK za kartiranje nanoskopskega okolja membranskih proteinov. Nieves s sodelavci (2023) pa je vzpostavil metodologijo za vrednotenje algoritmov gručenja pri superločljivostnem slikanju posameznih molekul, s čimer je izboljšal zanesljivost, ponovljivost in občutljivost analiz.
Raziskave so pokazale tudi uporabnost inženirsko prilagojenih nanotelesc v visoko občutljivih biosenzorskih in diagnostičnih sistemih, vključno z elektrokemijskimi platformami za detekcijo biomarkerjev, kot je C-reaktivni protein.
Pomemben del raziskovalnega programa predstavljajo tudi dosežki na področju racionalnega načrtovanja proteinov ter optimizacije nanotelesc z uporabo metod strojnega učenja, kar dodatno krepi znanstveno vrednost in uporabni potencial razvitih pristopov.
Dosežek pomembno prispeva k strateškim ciljem univerze na področjih vrhunskih raziskav, mednarodnega sodelovanja in interdisciplinarnosti, saj povezuje molekulsko inženirstvo, nanotehnologijo, analitsko biotehnologijo in napredne slikovne metode v okviru obsežnih mednarodnih raziskovalnih partnerstev.
Posebej pomembna je tudi uporabnost razvitih analitskih in diagnostičnih platform za biomedicinske raziskave ter razvoj natančne diagnostike.
Raziskave so nastale v okviru širokega interdisciplinarnega in mednarodnega sodelovanja ter so bile objavljene v vodilnih znanstvenih revijah, med drugim Nature Nanotechnology, Nature Methods, Nature Communications, ACS Sensors in Biosensors & Bioelectronics.
Mednarodno odmevnost dosežka potrjujejo citiranost objav, vabljena predavanja na mednarodnih konferencah, uspešno pridobivanje konkurenčnih raziskovalnih sredstev ter dolgoročna sodelovanja z uglednimi tujimi raziskovalnimi ustanovami, vključno s projektom WEAVE, fundacijo Loulou Foundation in Centrom za redke bolezni Univerze v Pensilvaniji.
Nadaljnje raziskave bodo usmerjene v standardizacijo razvitih metod, krepitev njihove uporabnosti v biomedicinskem okolju ter vključevanje platform v širše analitske in diagnostične postopke.
Izbrani raziskovalni dosežki
- Ambrosetti E, Bernardinelli G, Hoffecker I, Hartmanis L, Kiriako G, de Marco A, Sandberg R, Högberg B, Teixeira AI (2021). A DNA-nanoassembly based approach to map membrane protein nanoenvironments. Nature Nanotechnology 16:85–95.
- Nieves DJ, Pike JA, Levet F, Williamson DJ, Baragilly M, Oloketuyi S, de Marco A, Griffié J, Sage D, Cohen EAK, Sibarita JB, Heilemann M, Owen DM (2023). A framework for evaluating the performance of SMLM cluster analysis algorithms. Nature Methods 20:259–267.
- Boonkaewa S, Szot-Karpińska K, Niedziółka-Jönsson J, de Marco A, Jönsson-Niedziółka M (2024). NFC smartphone-based electrochemical microfluidic device integrated with nanobody recognition for C-reactive protein. ACS Sensors 9:3066–3074.
- Svigelj R, de Marco A (2024). Biological and technical factors affecting point-of-care diagnostics in non-oncological chronic diseases. Biosensors & Bioelectronics 264:116669.