Het kunnen controleren van de geneesmiddelconcentratie in het bloed van een patiënt is een belangrijk aspect van elke farmaceutische behandeling. Echter, dit vereist apparatuur en faciliteiten die vaak ontbreken in de veldgezondheidszorg in ontwikkelingslanden, maar remt ook de kwaliteit van leven van patiënten elders. EPFL-wetenschappers, werken via hun startup LUCENTIX, hebben nu een aan antilichamen gekoppelde biosensor ontwikkeld die de geneesmiddelconcentratie in het bloed kan volgen door de kleur ervan te veranderen. De biosensor is geïntegreerd in een volledig systeem dat in het veld of door patiënten thuis kan worden gebruikt. De wetenschap erachter is gepubliceerd in Angewandte Chemie .

Het lab van Kai Johnsson bij EPFL staat bekend om de ontwikkeling van biosensoren, en het onderzoek leidde tot de startup LUCENTIX, die een biosensor heeft ontwikkeld waarmee patiënten gemakkelijk geneesmiddelconcentraties in hun systeem kunnen meten zonder dat daarvoor complexe laboratoriumsystemen nodig zijn.

De biosensor is een molecuul dat uit drie componenten bestaat:een eiwit dat het te controleren geneesmiddel kan binden. Tweede, het lichtproducerende enzym luciferase. En ten derde, een "tagging" molecuul genaamd SNAP-tag, die een fluorescerend ligand draagt ​​dat het eiwit (de eerste component) herkent en bindt wanneer er geen geneesmiddel aanwezig is. Dit veroorzaakt een reactie tussen het luciferase en het fluorescerende molecuul genaamd "bioluminescent resonance energy transfer" (BRET), die een rood licht geeft.

De recente innovatie, uitgevoerd door postdoc Lin Xue, omvat het vervangen van het bindende eiwit van de biosensor door een deel van een antilichaam dat is ontwikkeld tegen het doelgeneesmiddel. Wanneer de biosensor het medicijn detecteert en bindt in het bloed of speeksel van de patiënt, het antilichaam "geeft er de voorkeur aan" dit te binden in plaats van het fluorescerende ligand van de SNAP-tag. Als het ligand wordt verplaatst, de BRET-reactie wordt geleidelijk verstoord, en straalt nu een blauw licht uit.

Antilichamen zijn van nature in staat om vreemde moleculen te identificeren en te binden, ons immuunsysteem afzetten tegen mogelijke infecties. In aanvulling, het genereren van antilichamen die specifiek kleine moleculen zoals medicijnen kunnen identificeren, is een routineprocedure. Dit betekent dat het monitoringsysteem kan worden aangepast aan een vrijwel onbeperkt aantal moleculen, terwijl patiënten de monitoring zelf thuis kunnen uitvoeren en kwaliteitsinformatie op laboratoriumniveau kunnen ontvangen. De huidige laboratoriummethoden om dit te doen zijn complex en duur, en de kwaliteit van leven verminderen voor patiënten die vaak in of nabij ziekenhuizen moeten worden opgesloten.

Door het bindende eiwit te vervangen door een antilichaam, ontstaat een algemene pijplijn voor het genereren van biosensoren die een synthetisch medicijn in het bloedmonster van een patiënt kunnen identificeren. Als proof-of-principle, de EPFL-wetenschappers hebben de nieuwe biosensoren met succes getest tegen drie geneesmiddelen - methotrexaat, theofylline, en kinine - in het laboratorium. De volgende stap zal zijn om de gevoeligheid van de biosensor te optimaliseren, zodat deze de nanomolaire of zelfs lagere concentraties van medicijnen/biomoleculen in klinische monsters nauwkeurig kan detecteren.