Nieuwe op grafeen gebaseerde antilichaamtest ontwikkeld voor het detecteren van nieraandoeningen

Een interdisciplinair team van onderzoekers van de Universiteit van Manchester heeft een nieuw op grafeen gebaseerd testsysteem ontwikkeld voor ziektegerelateerde antilichamen, aanvankelijk gericht op een nierziekte genaamd membranaire nefropathie.

Het nieuwe instrument, gebaseerd op het principe van een kwartskristal microbalans (QCM) gecombineerd met een op grafeen gebaseerde bio-interface, biedt een goedkoop, snel, eenvoudig en gevoelig alternatief voor de momenteel beschikbare antilichaamtesten.

“Ons onderzoek heeft de potentie om het testen van antilichamen voor verschillende ziekten op grotere schaal beschikbaar te maken, op het punt van zorg zoals huisartsenpraktijken of verzorgingstehuizen, in plaats van alleen in gespecialiseerde testcentra”, zegt Dr. Aravind Vijayaraghavan van de Universiteit van Manchester, wie is de hoofdonderzoeker van dit project.

Het team van samenwerkende onderzoekers uit de hele Universiteit van Manchester, waaronder het Department of Materials, National Graphene Institute en Faculty of Biology, Medicine and Health, heeft de resultaten vandaag gepubliceerd in twee open-access papers in de tijdschriften ACS-sensoren en Koolstof.

De onderzoekers bestudeerden eerst hoe biomoleculen, zoals eiwitten en lipiden, adsorberen op het oppervlak van verschillende soorten grafeenmaterialen zoals grafeenoxide en gereduceerd grafeenoxide, die worden gekenmerkt door verschillende graden van chemische modificatie van het oorspronkelijke grafeenmateriaal.

Op basis van deze studie ontwikkelden ze een methode om een ​​eiwitgebaseerde laag op grafeen te vormen, die vervolgens kan worden gefunctionaliseerd met specifieke receptormoleculen voor antilichamen. Deze receptoren zorgen ervoor dat alleen het gerichte antilichaam zich aan het grafeenoppervlak zal binden, en niets anders.

Terwijl deze bio-interface van grafeen werd ontwikkeld met behulp van een commercieel kwartskristal-microbalanssysteem, realiseerden de auteurs zich dat een alternatief uitleesinstrument essentieel was om het een algemeen toegankelijk antilichaamtestsysteem te laten worden.

Volgens Dr. Daniel Melendrez, een Research Associate aan de Universiteit van Manchester, “kan een commercieel QCM-systeem meer dan £ 50.000 kosten en kan het niet algemeen beschikbaar worden gesteld op het zorgpunt. Daarom hebben we een aangepast QCM-systeem ontwikkeld op basis van een open -bronoplossing, waarbij gebruik wordt gemaakt van alle 3D-gedrukte onderdelen en elektronische schakelingen van ons eigen ontwerp, die 100 keer minder kosten dan het commerciële systeem. Met behulp van ons goedkope en compacte instrument kan een gezondheidszorgtechnicus eenvoudig een kleine druppel monster plaatsen om getest op de met grafeen gecoate chip, en het testresultaat wordt binnen 10 minuten weergegeven. “

Bovendien is dit systeem, ondanks dat het een eenvoudige en snelle test is, ook kwantitatief, wat betekent dat het de concentratie van antilichamen in het monster van een patiënt kan meten. Deze informatie kan worden gebruikt om te bepalen hoe ernstig de ziekte is, hoe lang de patiënt de ziekte heeft gehad en of de patiënt immuniteit heeft ontwikkeld door de ziekte op te lopen of door vaccinatie.

Vooruitkijkend, is het onderzoeksteam van plan hun test te ontwikkelen voor een breed scala aan auto-immuunziekten, waarbij het immuunsysteem de eigen weefsels van het lichaam aanvalt, bijvoorbeeld coeliakie. Het systeem kan ook worden aangepast om te testen op antilichamen tegen vreemde eiwitten of virale infecties, zoals COVID-19. “Vanwege de goedkope, snelle, eenvoudige en gevoelige aard van onze test, zijn we van mening dat deze ideaal is voor grootschalige implementatie als reactie op pandemieën in het VK en elders. Met name zou het systeem een ​​aanzienlijke boost geven aan de testcapaciteit in lage- en middeninkomenslanden en afgelegen locaties ”, zegt dr. Vijayaraghavan.