Voor de eerste keer, onderzoekers hebben protease-activiteit gedetecteerd met oppervlakte-versterkte Raman-spectroscopie (SERS) uitgevoerd met behulp van een kleine golfgeleider. Het werk effent de weg naar realtime, labelvrije lab-on-a-chip protease monitoring, die een benadering met hoge doorvoer zou kunnen bieden om te screenen op nieuwe geneesmiddelen die proteasen remmen die bij ziekte betrokken zijn.

Proteasen breken de peptidebindingen af ​​die eiwitten bij elkaar houden. Ze zijn belangrijke doelwitten voor geneesmiddelen vanwege hun betrokkenheid bij vele ziekten, inclusief kanker, Ziekte van Alzheimer, en artritis.

Nina Turk van het IMEC-onderzoekscentrum van de Universiteit Gent in België zal het nieuwe onderzoek presenteren op de volledig virtuele OSA Frontiers in Optics and Laser Science APS/DLS (FiO + LS) conferentie die van 14-17 september wordt gehouden.

"We hopen dat onze interdisciplinaire aanpak op een dag een snelle en efficiënte ontdekking van nieuwe medicijnen voor een verscheidenheid aan protease-gebonden ziekten mogelijk zal maken, waardoor het leven van miljoenen patiënten over de hele wereld wordt verbeterd, ' zei Turk.

SERS op een chip

SERS gebruikt een metalen oppervlak met ruwheid op nanoschaal om zwakke signalen te versterken die worden geproduceerd wanneer licht interageert met een monster. Door de hoge gevoeligheid de spectroscopietechniek kan analyten in extreem kleine volumes detecteren. Hoewel SERS is gebruikt voor gevoelige en selectieve detectie van proteasen, dit is alleen aangetoond met behulp van een omvangrijke Raman-microscopie-opstelling.

Onlangs, nanoplasmonische slotgolfgeleiders zijn naar voren gekomen als een nieuwe manier om SERS-signalen efficiënt te exciteren en te verzamelen. Deze golfgeleiders bestaan ​​uit twee rails die een kleine spleet vormen waardoor licht geleid kan worden. Het bekleden van de binnenkant van de opening met gouden nanostructuren kan worden gebruikt om het SERS-effect te produceren. Door hun kleine formaat, golfgeleiders kunnen worden ingebouwd in lab-on-a-chip-apparaten, waardoor gelijktijdige meting van veel analyten mogelijk is voor high-throughput drug discovery.

Om te zien of deze nanoplasmonische slotgolfgeleiders nuttig zouden zijn voor SERS-detectie van proteasen, de onderzoekers fabriceerden een golfgeleider en ontwierpen een experiment om de trypsineprotease te detecteren. Ze creëerden een specifiek peptidesubstraat voor trypsine dat zich bindt aan de gouden nanostructuur. Wanneer het trypsine-peptide zich aan het substraat splitst, een deel van het substraat diffundeert weg, het creëren van een detecteerbare vermindering van de intensiteit voor het SERS-spectrum.

Hun experiment onthulde een afname van 70% in SERS-intensiteit na een uur incubatie met trypsine, waaruit blijkt dat nanoplasmonische slotgolfgeleiders kunnen worden gebruikt om trypsine te detecteren. De onderzoekers werken nu aan het uitbreiden van hun platform zodat het de activiteit van twee of meer proteasen tegelijk kan detecteren. Het werk was de samenwerking tussen UGent-imec en het Vlaams Instituut voor Biotechnologie (VIB) onder leiding van professoren Roel Baets en Kris Gevaert.