Białka pełnią kluczową rolę w utrzymaniu zdrowia człowieka, a ich wykrywanie ma ogromne znaczenie zarówno w badaniach naukowych, jak i praktyce klinicznej. Dzięki analizie białek możliwe jest nie tylko diagnozowanie chorób, ale również monitorowanie ich przebiegu i ocena skuteczności zastosowanego leczenia. Jednym z najbardziej obiecujących kierunków nowoczesnej diagnostyki jest badanie tzw. pęcherzyków zewnątrzkomórkowych (EV – extracellular vesicles). Są to mikroskopijne cząsteczki uwalniane przez komórki do płynów ustrojowych, które przenoszą różnorodne białka odzwierciedlające pochodzenie komórkowe oraz ogólną kondycję fizjologiczną organizmu. Co najbardziej istotne – EV można pozyskać w sposób niemal bezinwazyjny, np. z próbek krwi, moczu czy płynu mózgowo-rdzeniowego, co czyni je doskonałym narzędziem do monitorowania chorób takich jak nowotwory.
Tradycyjne metody detekcji białek, takie jak testy ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assays), wykorzystują przeciwciała do wiązania specyficznych białek. Choć ta technika jest powszechnie stosowana, posiada kilka istotnych ograniczeń. Przede wszystkim wymaga bardzo dobrze dopasowanych par przeciwciał, które nie zawsze są dostępne. Dodatkowo białka muszą być znacznikowane specjalnymi cząsteczkami chemicznymi, co może wpływać na ich naturalną strukturę i funkcję, a także znacząco zwiększać koszty analiz.
W odpowiedzi na te ograniczenia, społeczność naukowa coraz częściej zwraca się ku metodom detekcji bez znakowania, określanym jako „label-free”. Rozwiązania te pozwalają na badanie białek i pęcherzyków EV w ich naturalnej postaci, bez konieczności stosowania chemicznych znaczników. Do najnowocześniejszych technik należą rezonans plazmonów powierzchniowych (SPR – Surface Plasmon Resonance), rezonansy w kryształach fotonowych, interferometria oraz analiza śledzenia nanocząstek. Co istotne, metody bez znakowania umożliwiają prowadzenie obserwacji w czasie rzeczywistym, a to przekłada się na szybsze i precyzyjniejsze wnioski diagnostyczne.
Szczególnie obiecującym kierunkiem w obszarze detekcji bez znakowania jest nanofotoniczne obrazowanie oparte na specjalnie zaprojektowanych powierzchniach, które umożliwiają wykrywanie interakcji molekularnych z wyjątkową czułością. W tym kontekście ogromne zainteresowanie budzą tzw. metasurfaces – powierzchnie o strukturze dielektrycznej lub plazmonicznej. Powierzchnie plazmoniczne wyróżniają się wyjątkową zdolnością do wykrywania małych cząsteczek, ponieważ wzmacniają pola elektromagnetyczne w skali nanometrycznej. Z kolei dielektryczne metasurfaces oferują większą stabilność i precyzję pomiarów, co czyni je idealnym narzędziem do analizy biocząsteczek i pęcherzyków zewnątrzkomórkowych.
Mimo dynamicznego rozwoju tych technologii, naukowcy wciąż stoją przed wieloma wyzwaniami. Prace badawcze koncentrują się obecnie na udoskonaleniu chemii powierzchni, co miałoby na celu jeszcze dokładniejsze wykrywanie biomarkerów, czyli wskaźników chorobowych. Równocześnie trwają prace nad obniżeniem kosztów produkcji nowych sensorów oraz integracją algorytmów sztucznej inteligencji, które mogą znacznie usprawnić analizę danych i interpretację wyników. Dodatkowo, rozwój tzw. struktur rezonansowych o wysokim współczynniku Q, zoptymalizowanych pod kątem interakcji światła z materią, może umożliwić ultrasensytywne wykrywanie biomolekuł, a nawet obrazowanie pojedynczych cząstek.
Rozwijające się dynamicznie nanofotoniczne technologie oraz coraz bardziej wyrafinowane podejścia do detekcji bez znakowania mają potencjał całkowicie odmienić sposób, w jaki diagnozujemy i monitorujemy choroby. Postęp w tej dziedzinie nie tylko wpłynie na pole badań naukowych, ale otworzy również nowe drzwi w zastosowaniach klinicznych – dając lekarzom narzędzia do szybszej, dokładniejszej i mniej inwazyjnej diagnozy, a pacjentom – większe szanse na skuteczne leczenie.
