一种基于纳米孔和DNA条形码的高通量单分子测试已经开发出来，它可以帮助发现与阿尔茨海默病和帕金森病有关的错误折叠蛋白质的聚集体。这项测试可以帮助改善对这些疾病的诊断，并追踪它们的进展。
虽然有害低聚物的特征对于开发更准确的诊断和突破性治疗涉及错误折叠蛋白质的疾病至关重要，但在复杂混合物中识别它们仍然是一项挑战。
纳米孔传感器已经研究了几十年，具有快速检测各种分子的巨大潜力。剑桥大学的Ulrich Keyser和他的同事Michele Vendruscolo是这项研究的主要作者之一，他解释说:“(它们)通过纳米级的开口来检测和量化分子。”
一般来说，有两种类型的纳米孔:嵌入在膜上的孔状蛋白质和通过在材料上制造纳米级开口制造的固态纳米孔。
伦敦帝国理工学院的约书亚·埃德尔解释说:“生物纳米孔传感的主要成功之一是有可能进行DNA测序，这已经被牛津纳米孔技术公司商业化了。”埃德尔没有参与这个项目，但他也进行了类似的研究。“开发能够直接从患者样本中快速检测大量生物标志物的平台的需求尚未得到满足。这为进行纵向疾病追踪甚至早期疾病检测提供了可能性。”
这就是固态纳米孔的优势所在。通过消除分离样品的需要，它们允许直接测量，并且可以调整孔径以适应目标分析物-即使是那些在复杂生物样品中难以量化的目标分析物。在这项工作中，研究小组利用市售的石英毛细管在聚合物膜上制造了10-15nm宽的纳米孔。
“低聚物是短暂的，构象不均匀的，并且浓度很低，”合著者罗伯特·霍恩解释说。“因此，很少有足够灵敏的方法来检测它们和细胞成分，同时有效地将它们与单体蛋白质和更大的聚集体区分开来。”
在典型的固态纳米孔传感器中，纳米孔材料浸泡在电解质溶液中，电极放置在孔的两侧，在孔上产生电场。感兴趣的生物分子被引入到电解质中，电场一次驱动它们一个一个地通过孔。凯泽说:“当分子通过时，含有盐离子的液体会被转移。”“液体体积的下降与电阻的增加有关，因此电流也会下降。”
电流的变化可以用来确定样品中存在的分子的重量、构象和电荷。然而，一个挑战是分子通过孔隙的速度很快，导致结果的变化和有限的分辨率。
“为了解决这个问题，我们使用了可定制的DNA纳米结构，并将蛋白质与之结合，”Keyser小组的博士研究员萨拉·桑德勒(Sarah Sandler)说。“利用当前的信号，我们观察到一个由DNA纳米结构产生的‘条形码’。在这个条形码旁边，我们有一小段标有化学基团的DNA，它只能与蛋白质低聚物结合，从而产生额外的刺突。”
其优点是每种低聚物都可以清晰地识别，并且可以同时混合和测试来自不同筛选器的聚集体，从而实现比以前更详细和更高通量的研究。
作为概念验证，DNA纳米结构被设计成与α-突触核蛋白低聚物结合，α-突触核蛋白是与帕金森病有关的蛋白质。他们还研究了α-突触核蛋白聚集的几种小分子抑制剂存在时低聚物形成的速率。
该团队展示了与微自由流动电泳相当的性能，微自由流动电泳是一种现有的单分子技术，可以在生物条件下完全表征低聚物。纳米孔传感器的优点是在高通量测试和规模化方面具有更大的潜力。
牛津大学(Oxford University)的有机化学家余佳庆(Yujia Qing，音译)没有参与这项研究，他说:“表征单个蛋白质复合物，尤其是那些正在进行动态组装的蛋白质复合物的能力一直备受关注。”“这不仅为未来的抑制剂筛选提供了希望，也为帕金森病的早期诊断提供了潜力。”
