Een cluster van koolstofnanobuisjes bedekt met een dunne laag eiwitherkennend polymeer vormt een biosensor die elektrochemische signalen kan gebruiken om minieme hoeveelheden eiwitten te detecteren, die een cruciaal nieuw diagnostisch hulpmiddel zou kunnen zijn voor de opsporing van een reeks ziekten, rapporteert een team van Boston College-onderzoekers in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie.

De biosensor met nanobuisjes bleek in staat menselijk ferritine te detecteren, het primaire ijzer opslaande eiwit van cellen, en E7-oncoproteïne afgeleid van humaan papillomavirus. Verdere tests met calmoduline toonden aan dat de sensor onderscheid kon maken tussen variëteiten van het eiwit die verschillende vormen aannemen, volgens het multidisciplinaire team van biologen, scheikundigen en natuurkundigen.

Moleculaire imprinttechnieken hebben aangetoond dat polymeerstructuren kunnen worden gebruikt bij de ontwikkeling van sensoren die bepaalde organische verbindingen kunnen herkennen, maar het herkennen van eiwitten heeft een moeilijke reeks uitdagingen opgeleverd. Het BC-team gebruikte arrays van draadachtige nanobuisjes - ongeveer een 300ste van de grootte van een mensenhaar - bedekt met een niet-geleidende polymeercoating die eiwitten kan herkennen met een gevoeligheid van subpicogram per liter.

Centraal in de functie van de sensor staan ​​afdrukken van de eiwitmoleculen in de niet-geleidende polymeercoating. Omdat de afdrukken de dikte van de coating verminderen, deze gebieden van het polymeer registreren een lager niveau van impedantie dan de rest van de polymeerisolator wanneer ze in contact komen met de ladingen die inherent zijn aan de eiwitten en een geïoniseerde zoutoplossing. Wanneer een eiwitmolecuul in zijn spiegelbeeld valt, het vult de leegte in de isolator, waardoor de nanobuisjes een overeenkomstige verandering in impedantie kunnen registreren, signalering van de aanwezigheid van het eiwit, volgens co-auteur Dong Cai, een universitair hoofddocent biologie aan BC.

De detectie kan in realtime worden uitgelezen, in plaats van na dagen of weken laboratoriumanalyse, wat betekent dat de moleculaire imprinting-techniek van nanobuisjes de weg zou kunnen effenen voor biosensoren die in staat zijn om humaan papillomavirus of andere virussen weken eerder te detecteren dan de beschikbare diagnostische technieken momenteel toestaan. In tegenstelling tot het zoeken naar het HPV-antilichaam of celgemedieerde immine-responsen na de eerste infectie, de nanobuissensor kan het HPV-eiwit direct volgen. In aanvulling, er is geen chemische marker vereist voor de lebelvrije elektrochemische detectiemethoden.

"Bij sommige ziekten, niemand kan zeker weten waarom iemand ziek is, ' zei Cai. 'Het enige dat bekend is, is dat het misschien een virus is. In die tijd, de patiënt heeft mogelijk geen detecteerbare serumantilichamen. Dus in een tijd waarin het van cruciaal belang is om een ​​diagnose te stellen, er mogen geen sporen van het virus zijn. Je hebt eigenlijk je kans verspeeld. Nu kunnen we oppervlakte-eiwitten van het virus zelf detecteren door middel van moleculaire imprinting en de analyse doen."