Startup sviluppa nuovi nanosensori per monitorare le reazioni chimiche nell’era degli enzimi

IL video del sito web mostra un nanotubo di carbonio – una struttura reticolare misurata in miliardesimi di metro – che galleggia in una soluzione e si illumina di rosso quando viene colpito dalla luce laser.

Scott Nelson, a sinistra, e Nathaniel Kallmyer lavorano nel laboratorio di Zymosense, una startup con sede nell’Iowa State University Research Park. Credito immagine: Iowa State University/Christopher Gannon.

Un lungo filamento di substrato proteico, i cui atomi sono raffigurati in verde, nero e grigio, si snoda attorno al tubo. Dall’alto fluttua un diagramma a nastro giallo, viola e magenta vorticoso di una proteasi, un tipo di enzima che scompone le proteine. L’enzima taglia rapidamente la proteina. C’è una reazione chimica. All’improvviso nuovi prodotti fluttuano in giro.

E il nanotubo fluorescente si oscura.

Tieni traccia di questi leggeri dissetamenti con lettori speciali e potrai misurare l’attività enzimatica. E puoi farlo il 62% più velocemente e con la metà dei passaggi rispetto ai test esistenti o ai test di laboratorio per misurare varie proprietà dei materiali.

Questa è la grande idea dietro Zimosenso“The Nanoassay Company”, una startup che sviluppa la tecnologia sviluppata nel laboratorio di Nigel Reuel, titolare della Stanley Chair in Interdisciplinary Ingegneria presso la Iowa State University e co-fondatore e presidente della società.

Tutto è iniziato con Reuel che ha chiesto a un nuovo dottorando nel suo gruppo di ricerca: “E se?”

“Niente enzimi, niente vita”

Dopo gli studi di specializzazione presso il Massachusetts Institute of Technology, Reuel andò a lavorare per DuPont come ricercatore e poi come scout tecnologico aziendale con l’incarico di “trovare cose interessanti per consentire nuove attività”.

Ebbene, parte dell’attività di DuPont consisteva nel lavorare con le proteine ​​e nella progettazione di nuovi enzimi, i catalizzatori biologici che guidano tutti i tipi di reazioni chimiche senza essere consumati dal processo in modo da poter essere riutilizzati. Sono vitali per la digestione, la gestione delle malattie e molto altro ancora. Come dice una scheda informativa di Zymosense, “Nessun enzima – nessuna vita”.

Gli enzimi hanno anche molti usi industriali e quotidiani nella biotecnologia, nelle applicazioni mediche, nello sviluppo di farmaci e nella produzione alimentare. Un esempio è quello della lavanderia: i detersivi ad acqua fredda utilizzano enzimi ingegnerizzati per pulire senza l’aiuto aggiuntivo del calore.

Ma lavorare con gli enzimi era un lavoro ingrato. Le procedure passo passo e i reagenti utilizzati per misurare l’attività enzimatica erano complessi e richiedevano personale e tempo.

“Questo equivale ai tuoi soldi”, ha detto Reuel del suo messaggio alle imprese e della motivazione a trovare un modo migliore.

Così, quando è arrivato nello stato dell’Iowa nel 2016, ha chiesto a uno dei suoi primi studenti laureati di iniziare a esplorare un modo migliore per misurare l’attività enzimatica. Forse i sensori fluorescenti con cui Reuel ha lavorato da studente laureato potrebbero essere d’aiuto?

“Ho iniziato con Nigel che mi chiedeva ‘E se?’ ha affermato Nathaniel Kallmyer, che ha conseguito il dottorato nello Stato dell’Iowa nel 2021 ed è ora cofondatore e responsabile della tecnologia per Zymosense. “Cosa accadrebbe se mettessi una proteina sulla superficie di un nanotubo e introducessi un enzima?”

Ottieni un biosensore funzionante, scoprì Kallmyer.

“Sono rimasto sorpreso dalla rapidità con cui ha funzionato”, ha detto. “Ha funzionato la prima volta.”

Ma, ha detto Reuel, c’è ancora molto lavoro da fare. I ricercatori hanno dovuto comprendere il processo, perfezionarlo per diversi enzimi e ampliarlo per l’uso commerciale.

“Il futuro del rilevamento biochimico”

Fermati all’ufficio e al laboratorio Zymosense al Parco di ricerca dell’Università statale dell’Iowa e non passa molto tempo prima che Scott Nelson, l’amministratore delegato della startup, torni al laboratorio e raccolga quella che sembra una lampadina per una luce notturna.

C’è un fluido grigiastro che scorre all’interno.

“Non sopporterai mai più una cosa del genere per il resto della tua vita”, ha detto. “Là dentro ci sono un trilione di nanotubi di carbonio a parete singola.”

C’è anche un 2020 Brevetto statunitense lì dentro. È per “nanosensori ottici per la caratterizzazione degli enzimi idrolitici”. L’Università statale dell’Iowa Fondazione di ricerca ha richiesto la protezione del brevetto sui nanosensori e sulle relative innovazioni a partire dal 2018 e ha concesso in licenza le tecnologie a Zymosense nel 2022.

Reuel e Kallmyer avevano fondato Zymosense per commercializzare la tecnologia nel 2021.

Hanno progredito attraverso l’ecosistema delle startup dello Stato dell’Iowa, compreso il sito del campus della National Science Foundation degli Stati Uniti Corpo dell’innovazionepiù il Fabbrica di avvio E Go-To-Market programmi. Reuel ha incontrato Nelson attraverso progetti di mentoring con Centro Pappajohn per l’imprenditorialità.

Hanno anche ottenuto il sostegno del programma federale Small Business Innovation Research e dell’Iowa Economic Development Authority. In totale, hanno raccolto 850.000 dollari in sovvenzioni e premi per la ricerca e lo sviluppo. Ci sono anche cinque investitori.

Tutto ciò ha permesso all’azienda di crescere fino a cinque dipendenti che lavorano con due consulenti tecnici.

“Zymosense è una specie di manifesto di tutto ciò che lo Stato dell’Iowa sta cercando di fare”, ha detto Nelson. “Hanno esplorato tutte queste risorse.”

Nelson, un laureato dell’Iowa State con esperienza commerciale alla General Motors di Detroit e alle start-up di software a Denver, ha detto che si aspetta che i nanosensori funzionalizzati dell’azienda saranno in vendita all’inizio del prossimo anno. Un prodotto tipico sarebbero i nanosensori in 5 millilitri di liquido per 499 dollari.

Kallmyer ha affermato che una bottiglia potrebbe eseguire fino a circa 2.000 test.

Come afferma il sito web dell’azienda, “Il futuro del rilevamento biochimico arriva nel 2026” e questa è “l’era degli enzimi”.

E come Reuel, che ha fondato quattro società e co-insegna a “Creazione di un’impresa tecnologica profonda” Naturalmente, ama dire delle idee di startup: “Tutta la buona innovazione arriva in risposta a qualche problema o necessità”.

Risulta che esistono tutti i tipi di industrie che hanno bisogno di monitorare e migliorare la propria forza lavoro enzimatica.

Fonte: Università statale dell’Iowa