Team ontwikkelt niet-invasieve biosensor voor vroege detectie van nierziekten

Traditioneel wordt de gezondheid van de nieren gecontroleerd door het meten van het creatininegehalte in het bloed, wat wijst op spierafbraak. Hoge creatininewaarden kunnen erop wijzen dat de nieren het afval niet efficiënt filteren. Het creatininegehalte kan echter worden beïnvloed door de spiermassa van een persoon en stijgt pas significant als meer dan 75% van de nierfunctie verloren is gegaan.

Als alternatief is SDMA, een bijproduct van de eiwitafbraak, naar voren gekomen als een betrouwbaardere indicator voor de nierfunctie. SDMA hoopt zich op in de bloedbaan omdat het niet kan worden gemetaboliseerd en voornamelijk door de nieren wordt uitgescheiden. Het meten van SDMA in urine geeft een nauwkeurigere indicator van de niergezondheid. In tegenstelling tot creatinine stijgen de SDMA-waarden zelfs bij milde nierinsufficiëntie (25-40% verlies) en worden ze niet significant beïnvloed door spiermassa.

In een recent onderzoek introduceerden onderzoekers onder leiding van professor Jong Pil Park van de Chung-Ang Universiteit, Republiek Korea, een biosensor om SDMA-niveaus in urine te detecteren. Deze niet-invasieve methode biedt een betrouwbaar alternatief voor bloedonderzoek, waardoor nierziekten eerder kunnen worden opgespoord en behandeld. Deze studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Biosensoren en bio-elektronica.

“Omdat nierziekten vaak erg laat worden gediagnosticeerd, streven we ernaar een sensorinstrument te ontwikkelen dat patiënten of artsen kunnen gebruiken om de gezondheid van de nieren eenvoudig te monitoren voor een effectieve behandeling, waardoor tijdige interventies en potentieel voor resultaten op de lange termijn mogelijk worden.” zegt prof. Park.

De kern van deze biosensor bestaat uit kleine, lineaire peptiden die specifiek binden aan SDMA. Deze peptiden werden gesynthetiseerd en gebonden aan het oppervlak van een Ni-Cr-gelaagd dubbel hydroxide met grafeenoxide (NCL-GO) nanostructuur, geïntegreerd op gouden (Au) elektroden.

Om de sensor te ontwerpen, gebruikten de onderzoekers een techniek die de drop-cast-methode wordt genoemd. Ze bedekten gouden elektroden met een oplossing die NCL-GO bevatte en lieten deze drogen, waardoor een stabiele coating van peptide-gefunctionaliseerde elektroden ontstond (aangeduid als peptide/NCL-GO/Au). De unieke tweedimensionale structuur van NCL-GO bestaat uit Ni-Cr-gelaagde dubbele hydroxide-nanoplaten die onderling zijn verbonden met geleidende grafeenoxide-nanoplaten.

Deze opstelling creëert poreuze, goed verbonden netwerken die een betere ladingsoverdracht en moleculaire diffusie mogelijk maken, waardoor zowel de geleidbaarheid als het oppervlak van de elektroden worden verbeterd. Dit verbetert de interactie tussen de peptiden en SDMA, waardoor de detectiemogelijkheden van de sensor worden vergroot.

Terwijl andere SDMA-detectiemethoden, zoals chromatografie, een hogere gevoeligheid bieden, is deze nieuwe elektrochemische biosensor eenvoudiger te gebruiken en vereist er geen geavanceerde apparatuur voor. Dit maakt het betaalbaarder en praktischer in veel omgevingen, waaronder kleine klinieken, afgelegen locaties en plaatsen met minder middelen. Het heeft een eenvoudig ontwerp en geeft snelle resultaten, waardoor het een geschikte optie is voor regelmatige gezondheidscontroles en monitoring.

“De sensor zou een eerdere diagnose, geavanceerde monitoring van de nierfunctie en verbeterde behandelingsresultaten voor miljoenen patiënten wereldwijd kunnen vergemakkelijken. Bovendien heeft onze platformtechnologie het potentieel om te worden aangepast voor het detecteren van andere biomarkers, waardoor het een veelzijdig hulpmiddel wordt dat toepasbaar is op verschillende gebieden van de gezondheidszorg.” zegt prof. Park.