Gebaseerd op het Instituut voor Chemie van de Slowaakse Academie van Wetenschappen, Het onderzoek van Ján Tkáč combineert glycomics – de studie van suikers in organismen – met biochipsensoren op basis van nanodeeltjes en nanobuisjes. De complexiteit van suikermoleculen, hij zegt, heeft tot dusver de ontwikkeling van glycomics tegengehouden, maar vandaag is het een van de snelst ontwikkelende wetenschappelijke gebieden.

"Dit is essentieel onderzoek omdat er steeds meer bewijs is van het belang van glycanen in veel aspecten van celfysiologie en pathologie, " legt Dr. Tkáč uit. "Hier bij het Instituut waren we erg blij met de ERC-prijs omdat, na welkome EU-investeringen voor infrastructuur, deze vijfjarige beurs voor baanbrekend onderzoek geeft ons de stabiliteit op lange termijn die we nodig hebben om ons team van jonge onderzoekers te ontwikkelen en echte excellentie in glycomics te bereiken". Dr. Tkáč heeft momenteel vier PhD-studenten en één post-doc in zijn onderzoeksteam in dienst met de steun van zijn ERC-beurs.

Biochips voor vroegtijdige waarschuwing

In het ELENA-project Het team van Ján Tkáč ontwikkelt innovatieve biochips die veranderingen in 'glycosylering' kunnen detecteren, van glycanen gehecht aan een eiwit of andere organische moleculen, en die kunnen wijzen op ziekten zoals kanker. Een typische ELENA-biochip begint met een verguld glazen substraat. Nanodeeltjes worden vervolgens op het goudoppervlak afgezet, gevolgd door een laag lectine (een glycaan herkennend eiwit). Eindelijk, een laag glycoproteïne wordt afgezet over het lectine na incubatie met een monster. Interacties tussen de lectine- en glycoproteïnelagen kunnen vervolgens worden gedetecteerd door veranderingen in de elektrische weerstand van de biochip-assemblage. "Het belang van de nanodeeltjes is hun grootte, " legt Dr Tkáč uit, "ze zijn klein genoeg voor ons om interacties op cellulair en moleculair niveau te bestuderen en bieden sterk verbeterde detectielimieten."

"Inderdaad, ELENA's eerste nano-biochips blijken gevoeliger te zijn door factoren variërend van 1 miljoen tot een miljard in vergelijking met ultramoderne fluorescerende biochips. We kunnen eerder ziekten oplopen, met de mogelijkheid om ze in de toekomst effectiever te behandelen, "zegt hij. "En een hoge gevoeligheid betekent dat de biochips klein kunnen zijn, wat mogelijkheden opent voor in vivo metingen – met het vooruitzicht om de biochip in de patiënt te plaatsen. Deze technologie biedt veel in de strijd tegen ziekten die zich goed vermommen, zoals verschillende vormen van kanker - waardoor het moeilijk wordt voor onze lichaamscellen om het te detecteren en te bestrijden."

Evenals sneller, meer gevoelige detectie, ELENA streeft ook naar nano-biochips die nauwkeuriger zijn. Huidige laboratoriummethoden gebruiken 'labels' om interacties te helpen detecteren, zoals fluorescerende kleurstoffen. Maar dergelijke 'labels' kunnen de lokale omgeving en de eigenschappen van eiwit- en glycaanmoleculen beïnvloeden, wat in sommige gevallen tot verkeerde resultaten kan leiden. "Door interacties te volgen door veranderingen in elektrische weerstand te meten, onze technologie is 'labelvrij'. Zodat we een veel natuurlijkere manier van interactie kunnen behouden, dichter bij dat in het organisme, waardoor onze metingen en diagnoses niet alleen sneller en gevoeliger zullen zijn, maar ook nauwkeuriger, " legt dr. Tkáč uit.

Wat de onderzoeksomgeving in Slowakije betreft, het wordt beter door de aanwezigheid van een infrastructuur van wereldklasse, hij zegt, en hij gelooft dat dit in combinatie met ERC-beurzen, kan de braindrain verminderen en hooggekwalificeerde mensen aantrekken om wetenschap te doen in Slowakije.