¿Cuáles son las principales aplicaciones TERS las ciencias de la vida?

TERS ofrece varios beneficios en el estudio de biomoléculas en comparación con otras técnicas espectroscópicas y microscópicas. Por ejemplo, puede superar la baja relación señal-ruido que dificulta algunas aplicaciones biológicas y, por tanto, evitar la necesidad de utilizar volúmenes de muestra mayores. Esto se debe a que TERS ofrece una señal Raman mejorada similar a la Espectroscopía Raman Mejorada de Superficie (SERS), con el beneficio añadido de una resolución nanométrica y, por tanto, puede potencialmente atacar moléculas ^{individuales 98}. Existen métodos alternativos para estudiar la composición química a nanoescala, como métodos basados en fluorescencia de superresolución o métodos para estudiar morfología, como la microscopía electrónica de barrido; sin embargo, casi siempre requieren marcaje por fluorescencia o tinción de metales pesados. TERS tiene la capacidad de proporcionar composición química y morfología a escala nanométrica de forma libre de marcas. TERS se ha utilizado para estudiar varios biomateriales como monocapas de aminoácidos y nucleobases, proteínas, ensamblajes de proteínas macromoleculares, ácidos nucleicos, superficies celulares e interacciones con superficies celulares.

Algunos de los primeros estudios TERS sobre biomateriales se centraron en componentes puros, como las nucleobases ^99-101 y los aminoácidos ^101-104. Se demostró que las nucleobases normales A, T, G, C adsorbidas por separado en una superficie en cantidades picomoles podían diferenciarse en función de sus espectros ^{TER 99}. Posteriormente, también se identificaron en ácidos nucleicos con TERS, lo que convierte a TERS un método novedoso de secuenciación sin marcador ^{105,106,107,108}. Se han obtenido espectros TER de monocapas de cistina e histidina, que revelaron diferentes estados de ionización adsorbidos sobre una superficie ^{dorada 109,110}. Un grado similar de especificidad química también se ha demostrado en proteínas. Por ejemplo, los espectros TER obtenidos del citocromo c mostraron no solo características espectrales distintas de aminoácidos y hemos, sino también variaciones debidas a una diferente orientación molecular ¹¹². Esto no es sorprendente, ya que los espectros TER difieren de los espectros Raman y SER normales al evitar una señal promedio y sondear solo unas pocas moléculas a la vez.

Más recientemente, TERS se ha aplicado al estudio de muestras biológicas más complejas. Se han estudiado las composiciones químicas superficiales de grandes ensamblajes proteicos, como fibrillas amiloides y nanocintas peptídicas. Por ejemplo, se ha caracterizado la composición superficial de aminoácidos como cisteína, tirosina, prolina, histidina, y la composición de elementos secundarios de la estructura como la α-hélice y las regiones de lámina β de las fibrillas de insulina^. Además, se han diferenciado diferentes polimorfos de fibrillas insulinicas basándose en esta caracterización superficial. Esto es importante porque los polimorfos de las mismas fibrillas tienen diferentes niveles de citotoxicidad, lo cual está influenciado por propiedades superficiales como la hidrofobicidad. TERS tiene el potencial de sondear solo la composición superficial y evitar la señal correspondiente a la estructura masiva de fibrillas.

La composición bioquímica de otros sistemas multicomponentes, como la superficie de células bacterianas, virales y humanas, ha sido ^{estudiada 114,115,116,117}. Las contribuciones de moléculas lipídicas superficiales, ARN y proteína se identificaron en los espectros TER resultantes. Por ejemplo, se identificaron las composiciones de proteínas virales de la cubierta y ARN del virus del mosaico ^{del tabaco 114}. Más recientemente, las interacciones de la superficie celular como la interacción antígeno-anticuerpo se han estudiado usando TERS. Los anticuerpos se conjugaron a nanopartículas que pueden localizarse en la superficie de una célula mediante microscopía convencional al unirse al antígeno superficial, tras lo cual esas áreas fueron estudiadas específicamente por TERS ¹¹⁹. Esto permitió un método específico para estudiar pequeñas áreas de interés en superficies celulares grandes, complejas y de tamaño micrómetro. También se ha detectado proteína de membrana en la superficie de una célula de eritrocito humano sumergida en un líquido ¹²⁰. Este prometedor método permite estudiar las biomoléculas en su condición natural y reduce el calentamiento de la muestra debido al láser y al fotoblanqueo, y aún queda por explorarse.