(Phys.org) - Detecteren of een patiënt acuut nierletsel zal hebben, kan net zo eenvoudig worden als het dompelen van een papieren teststrip bedrukt met gouden nanostaafjes in een urinemonster, een team van de Washington University in St. Louis heeft onderzoekers gevonden.

Srikanth Singamaneni, doctoraat, assistent-professor in de techniek, samen met Evan Kharasch, MD, doctoraat, en Jerry Morrissey, doctoraat, aan de Washington University School of Medicine, hebben een biomedische sensor ontwikkeld met behulp van gouden nanostaafjes die zijn ontworpen om de verhoging van het eiwit neutrofiel gelatinase-geassocieerde lipocaline (NGAL) te detecteren, een veelbelovende biomarker voor acuut nierletsel, in urine. Biomarkers zijn meestal kleine moleculen of eiwitten in het lichaam waarvan de concentratie verandert als reactie op ziekte of therapie.

"Deze veelbelovende en innovatieve technologie biedt het potentieel om nierfunctietesten naar het bed te brengen, met een grotere toegankelijkheid en lagere kosten, " zegt Kharasch, de Russell en Mary Shelden hoogleraar anesthesiologie en hoogleraar biochemie en moleculaire biofysica. "In aanvulling, deze proof-of-concept-assay kan veel breder worden toegepast op verschillende soorten klinische tests en biomarkers, waardoor de creatie van veel nieuwe tests mogelijk is, sneller en goedkoper.”

Acuut nierletsel, die optreedt wanneer de nieren niet meer in staat zijn om afvalproducten uit het bloed te filteren, ontwikkelt zich snel over een paar uur of een paar dagen. Het komt vaak voor bij mensen die in het ziekenhuis zijn opgenomen, vooral bij die ernstig zieke mensen of die een hartoperatie hebben ondergaan. Daten, er zijn geen sensoren geweest die gemakkelijk kunnen detecteren of een persoon acuut nierletsel zal krijgen.

"Als we een goedkope technologie kunnen vinden die efficiënter kan worden gebruikt, we kunnen dit veel eerder opvangen en veel levens redden, " zegt Singamaneni, een ingenieur in materiaalkunde en werktuigbouwkunde. "Ons doel is om deze sensor op een stuk papier te kunnen printen met een alledaagse inkjetprinter, zodat artsen en klinieken een goedkope test beschikbaar hebben wanneer ze die nodig hebben."

Om de sensor te maken, het team gebruikte een techniek genaamd plasmonische biosensing, die in staat is zeer kleine hoeveelheden biomarkers te detecteren. Echter, natuurlijke antilichamen hebben een korte houdbaarheid en zijn duur en tijdrovend om te ontwikkelen en toe te passen, dus Singamaneni en het team creëerden kunstmatige antilichamen. Om de plasmonische biosensor te maken, ze gebruikten een proces dat biomoleculaire imprinting wordt genoemd.

Dit proces omvat het bevestigen van de doeleiwitten aan het oppervlak van de nanostaafjes, vervolgens kleine moleculen rond de eiwitten toevoegen om een ​​polymeerlaag rond de buitenkant van de nanostaafjes te vormen. De doeleiwitten worden verwijderd om holtes achter te laten op het oppervlak van de nanostaafjes, dat zijn de kunstmatige antilichamen. Wanneer de nanostaafjes met de kunstmatige antistoffen worden blootgesteld aan een stof, zoals urine, dat het doeleiwit bevat, die eiwitten nestelen zich in de holtes, vergelijkbaar met een puzzelstukje dat in een legpuzzel past.

"Als je licht laat schijnen op gouden nanostaafjes, de elektronen van het metaal worden opgewonden en beginnen te oscilleren, "zegt Singamaneni. "Er zijn twee bands, of kleuren, van licht in het spectrum van de gouden nanostaaf die laten zien welk deel van het licht wordt geabsorbeerd en verstrooid door de nanostaaf. Als er iets aan het oppervlak van de gouden nanostaaf blijft plakken, het zal de positie van een van de banden verschuiven en de kleur veranderen. Die kleur vertelt ons of de eiwitbiomarker aan de gouden nanostaaf is gebonden. Dan kunnen we de hoeveelheid biomarker meten door de hoeveelheid kleurverandering."

Het team is van plan het succes te gebruiken door NGAL als biomarker te gebruiken als model voor het vervangen van natuurlijke antilichamen door kunstmatige antilichamen voor andere eiwitten. In 2010, Kharasch en Morrissey, onderzoekshoogleraar anesthesiologie, ontdekte dat de eiwitten aquaporin-1 en adipophilin verhoogd waren in de urine van patiënten met de meest voorkomende vormen van nierkanker.