Onderzoeksteam ontwikkelt op eiwitten gebaseerde microcapsule voor point-of-care-diagnostiek

Aptameren, de op nucleïnezuur gebaseerde biosensoren met het vermogen om specifieke eiwitten of kleine moleculen te binden, bieden een manier om doelmoleculen te identificeren zonder de complexiteit van analytische apparaten. Hoewel ze steeds vaker worden gebruikt in diagnostische toepassingen voor verschillende ziekten, is hun potentieel als effectieve sensoren voor kanker bijzonder opmerkelijk, omdat vroege detectie van kanker kan leiden tot een genezingspercentage van meer dan 90%.

Aptameren hebben echter te maken met kritische beperkingen omdat ze gevoelig zijn voor afbraak of aggregatie door nucleasen of geladen eiwitten die aanwezig zijn in biologische monsters zoals bloed of speeksel. Dit maakt het een uitdaging om ze rechtstreeks in klinische monsters te gebruiken zonder eerst die moleculen te verwijderen. Onlangs heeft een team van onderzoekers van de Pohang Universiteit voor Wetenschap en Technologie (POSTECH) dit probleem opgelost met behulp van een op eiwitten gebaseerde microcapsule.

Het onderzoeksteam onder leiding van professoren Seung Soo Oh en Sungwook Woo en Ph.D. kandidaat Jinmin Kim van de afdeling Materiaalwetenschappen en Techniek bij POSTECH ontwikkelde een aptameersensorsysteem dat de snelle detectie van doelmoleculen rechtstreeks uit biologische monsters mogelijk maakt, waardoor de noodzaak van voorbehandelingsprocessen wordt geëlimineerd. Dit onderzoek is geweest gepubliceerd in Biosensoren en bio-elektronica.

In dit onderzoek creëerde het team bolvormige microcapsules, proteïnosomen genaamd, op basis van zelfassemblage van eiwit-polymeer amfifielen. De microcapsule is ontworpen om een ​​aptasensor te bevatten op basis van een structuur-omschakelende aptameer die reageert met doelmoleculen om onmiddellijk een fluorescentiesignaal te produceren, en het oppervlak is samengesteld uit een grootteselectief semi-permeabel membraan dat selectief alleen kleine doelmoleculen doorlaat. terwijl het effectief de toegang van grotere schadelijke eiwitten blokkeert.

De resultaten toonden aan dat de optimale prestaties van de aptasensor voor doeldetectie volledig behouden bleven, zelfs in onbehandelde biovloeistoffen, waardoor effectieve en snelle detectie van doelmoleculen mogelijk werd, zoals estradiol, een belangrijk vrouwelijk hormoon geassocieerd met kanker in de voortplantingsorganen, dopamine, een neurotransmitter. dat wijst op de ziekte van Parkinson of Alzheimer, en cocaïne, een gereguleerde stof die vaak snelle detectie ter plaatse vereist.

De door de onderzoekers ontwikkelde capsules vertoonden een robuuste bescherming tegen schadelijke eiwitten.

De aptasensoren in de microcapsules bleven bijvoorbeeld 18 uur lang onbeschadigd in sterk geconcentreerde nuclease-oplossingen, ongeveer 300.000 maal de normale serumspiegel. Door gebruik te maken van de eigenschap dat elke capsule als een onafhankelijk ‘reactievat’ functioneert, hebben de onderzoekers bovendien de onafhankelijke werking van meerdere aptasensoren in hetzelfde mengsel aangetoond, waardoor gelijktijdige realtime detectie van meerdere doelmoleculen mogelijk is en hun respectieve concentratieveranderingen kunnen worden gevolgd.

Professor Seung Soo Oh, die het onderzoek leidde, legde uit: “Door monsterscheiding en doeldetectie te integreren, hebben we een pioniersrol gespeeld in een nieuwe point-of-care biosensortechnologie met kleine moleculen die direct toepasbaar is op biologische monsters zoals serum. Dit platform heeft het potentieel om zorgen voor een revolutie in de geneeskunde, waarbij vroege ziektedetectie en gepersonaliseerde behandeling worden gecombineerd.”

Ph.D. kandidaat Jinmin Kim zei: “Het op proteïnosoom gebaseerde detectieplatform is een veelzijdig systeem omdat het kan worden uitgebreid naar sensoren voor verschillende doelmoleculen door simpelweg de aptasensor binnenin te veranderen.”