Het menselijk lichaam is een uiterst complexe moleculaire machine, waarvan de details via bepaalde stoffen te volgen zijn; zogenaamde biomarkers. Helaas, het is nog niet mogelijk om biomarkers levend te volgen bij patiënten wanneer deze in minuscule concentraties aanwezig zijn. Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven hebben nu een nieuwe techniek ontwikkeld die de duidelijke en eenvoudige oplossing kan worden voor de live en supergevoelige monitoring van biomarkers. Ze rapporteren erover in Natuurcommunicatie .

Stoffen die essentieel zijn voor het lichaam, zoals eiwitten en hormonen, zijn in pico- of nanomolaire concentraties in het bloed aanwezig. Dit zijn concentraties die vergelijkbaar zijn met 1 suikerkorrel opgelost in een zwembad van olympisch formaat - extreem laag, en moeilijk te meten. In de groep Molecular Biosensing for Medical Diagnostics van de Technische Universiteit Eindhoven, onder leiding van prof.dr. Menno Prins, er is een detectietechnologie ontwikkeld die de supergevoelige meting van biomarkerconcentraties in de loop van de tijd mogelijk maakt.

De techniek is gebaseerd op het feit dat kleine deeltjes in vloeistof continu in Brownse beweging zijn omdat watermoleculen ermee in botsing komen. De onderzoekers bonden de deeltjes via een nanostreng aan een glasplaat, waardoor de deeltjes heen en weer wiebelen. De te meten biomarker bindt tijdelijk aan specifieke adhesieve moleculen die zowel aan de deeltjes als aan de plaat vastzitten. Wanneer een biomarkermolecuul zich hecht aan zowel een wiebelend deeltje als aan de plaat, het deeltje raakt plotseling gehecht, wat de mobiliteit aanzienlijk vermindert - totdat de biomarker weer wordt vrijgegeven.

De mobiliteit van de deeltjes, die zijn gekoppeld aan het transparante glas, konden de onderzoekers gemakkelijk met licht worden waargenomen. Ze hebben hun technologie de naam BPM gegeven:Biomarker monitoring based on sensing of Particle Mobility. Elke keer dat een wiebelend deeltje ineens minder beweegt, en dan meer, één biomarkermolecuul is waargenomen. Het aantal van deze gebeurtenissen per minuut onthult de concentratie van de biomarker in de vloeistof met een hoge mate van gevoeligheid.

Het mooie van de BPM-sensortechnologie is dat deze digitale precisie heeft, en dat zowel verhogingen als verlagingen van de biomarkerconcentratie in de loop van de tijd kunnen worden gevolgd. De techniek voor het monitoren van eiwit en DNA is inmiddels gedemonstreerd. De technologie is breed toepasbaar, omdat voor bijna alle biomarkers geschikte adhesiemoleculen beschikbaar zijn.

Deze flexibiliteit, gecombineerd met de gevoeligheid en de verwachte miniaturisering van de technologie, betekent dat Prins en zijn collega-onderzoekers hoge verwachtingen hebben van de toekomst van hun technologie. "We verwachten dat hieruit een geheel nieuwe klasse sensoren voor het monitoren van biomarkers zal ontstaan, ’ zegt de professor, daarom creëert hij een start-up die praktische sensoren en toepassingen gaat ontwikkelen. Een van de mogelijkheden is het aansluiten van een sensor op een katheter waarmee patiënten in de operatiekamer of op de intensive care nauwkeurig kunnen worden gevolgd. Naast medische toepassingen, Prins denkt ook dat er mogelijkheden zijn voor het monitoren van biomoleculen in industriële processen en waterzuivering.