Een nieuw type hooggevoelige en goedkope sensoren, plasmonische biosensoren genoemd, zou uiteindelijk een belangrijke troef kunnen worden in gepersonaliseerde geneeskunde door ziekten in een vroeg stadium te helpen diagnosticeren.

Gepersonaliseerde geneeskunde is een van de nieuwe ontwikkelingen die een revolutie teweeg zal brengen in de gezondheidszorg. Een belangrijk onderdeel is de detectie van biomarkers, eiwitten in bloed of speeksel, bijvoorbeeld, wiens aanwezigheid of abnormale concentratie wordt veroorzaakt door een ziekte. Biomarkers kunnen de aanwezigheid van ziekten aangeven lang voordat de symptomen verschijnen. Echter, de detectie van deze moleculen vereist momenteel nog gespecialiseerde laboratoria en is kostbaar.

Dankzij het door de EU gefinancierde onderzoeksproject genaamd NANOANTENNA, afgerond in maart 2013, natuurkundigen bundelden hun krachten met scheikundigen, nanotechnologen en biomedische onderzoekers met als doel de ontwikkeling van een zogenaamde plasmonische nanobiosensor voor de detectie van eiwitten. Het bestond uit nanoantennes, kleine goudstaafjes van ongeveer 100 tot 200 nanometer lang en 60 tot 80 nm breed. Door licht op zo'n nanoantenne te laten schijnen, de elektronen binnenin beginnen heen en weer te bewegen, het versterken van de lichtstraling in de hotspots van de antenne, legt Pietro Giuseppe Gucciardi uit, een natuurkundige aan het Instituut voor Chemisch-Fysische Processen, aangesloten bij de Italiaanse Nationale Onderzoeksraad CNR, in Messina, Sicilië. "Het doel van het project was om een ​​proof of concept te leveren, ' zegt Gucciardi.

In de jaren negentig ontdekten onderzoekers dat plasmonen, kleine golven van elektronen in metalen oppervlakken die verschijnen wanneer dergelijke oppervlakken worden verlicht, versterk ook het licht in een gebied dicht bij dat oppervlak. Bij biosensoren, eiwitmoleculen worden geïdentificeerd door ze te bestralen met infrarood licht en door het spectrum van het licht dat ze uitzenden te analyseren, bekend als een Raman-spectrum. Als deze moleculen dicht bij nanodeeltjes zijn, de plasmonen in de nanodeeltjes versterken het Raman-signaal afkomstig van de moleculen die gedetecteerd moeten worden met verschillende ordes van grootte.

De in dit project ontwikkelde nanoantennes versterken het uitgezonden Raman-signaal alleen als de biomoleculen zich dicht bij de hotspots bevinden. Daarom, de moleculen moeten worden gevangen om te worden gedetecteerd. Om dit te doen, de onderzoekers bevestigden bioreceptoren, DNA-fragmenten die zijn ontworpen om specifieke eiwitten te herkennen, naar de nanoantennes. Wanneer de nanoantennes bezaaid met de bioreceptoren worden geïncubeerd in een oplossing die de te detecteren biomarkers bevat, de laatste worden gehecht aan de nanoantennes. Wanneer, vervolgens, deze nanoantennes worden verlicht met licht, ze tonen de Raman-vingerafdrukken van zowel de bioreceptor als de biomarker, zoals Gucciardi aangeeft.

Een deskundige merkt op dat gezondheidszorgprogramma's snel overgaan op preventie en vroege opsporing van ziekten, gedaan in point-of-care (POC) of bed-side voorwaarden. "Het is belangrijk om dit onderzoek te financieren omdat het een onderdeel zal zijn van toekomstige geneeskunde, " zegt Alexandre Brolo, hoogleraar scheikunde gespecialiseerd in nanotechnologisch onderzoek, die plasmonische biosensoren heeft ontwikkeld aan de Universiteit van Victoria, Brits Colombia, Canada. Hij is ook van mening dat een dergelijke aanpak de medische zorg kosteneffectiever zal maken. "Je wilt iets dat heel goedkoop is en geen grote belasting voor de gezondheidszorg gaat vormen, ' zegt Brolo.

Een andere deskundige is het daarmee eens. "Klein, compacte en autonome apparaten met dezelfde kenmerken in termen van gevoeligheid en robuustheid als de huidige commerciële instrumentatie op basis van plasmonics nog steeds nodig zijn, " zegt Maria Carmen Estévez, een onderzoeker aan het Catalaanse Instituut voor Nanowetenschappen en Nanotechnologie in Bellaterra, Spanje. De "eindgebruikers" van deze biosensoren moeten begrijpen dat de ontwikkeling van deze apparaten door onderzoekers in vele disciplines een lang proces is, merkt Estévez op. Ze voegt eraan toe dat deze biosensoren moeten worden geïntegreerd met optische componenten, met elektronica voor het uitlezen van de metingen, software om alle gegevens te verwerken, en vertrouw op het gebruik van microfluïdica om het monster voor te bereiden en te verwerken.