Onderzoekers hebben een systeem ontwikkeld dat kleine en zeldzame biologische moleculen kan detecteren en kwantificeren die belangrijk zijn voor het vroegtijdig opsporen van ziekten.

Bepaalde moleculen in biologische vloeistoffen zoals bloed en urine kunnen indicatoren zijn voor ziekte, vooral als ze vaker voorkomen. Echter, in de vroege stadia van de ziekte zijn deze 'biomarkers' zeldzaam en moeilijk op te sporen.

Echter, ze zijn moeilijk te scheiden van de achtergrond van zoveel andere biologische moleculen in vloeistoffen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de afdeling scheikunde van Imperial hebben een systeem uitgevonden dat individuele biomarkers in menselijk serum (vocht uit bloed) en urine kan identificeren en meten.

Door belangrijke biomarkers in lagere concentraties te detecteren, kunnen patiënten eerder worden behandeld voor ziekten, waaronder sommige kankers en neurologische aandoeningen, wat de overlevingskans zou kunnen verhogen.

hun systeem, deze maand gepubliceerd in Natuurcommunicatie , tagt biomarkers van belang en detecteert ze met een nanopore - een gat van enkele miljardsten van een meter breed dat de verandering in elektrische stroom meet terwijl een molecuul er doorheen gaat.

Valse positieven overwinnen

Eerder, het team heeft nanoporiën gebruikt om biomarkers zoals kleine DNA-strengen en afzonderlijke eiwitten te detecteren. Echter, ze hebben problemen gehad wanneer de biomarkers veel kleiner zijn dan de nanoporiën, wat betekent dat ze nog steeds door het systeem kunnen worden gemist.

Dit is met name het geval wanneer er veel andere kleine moleculen zijn die niet nuttig zijn om te detecteren, wat betekent dat de 'ruis' zwaarder weegt dan het 'signaal'.

Om dit te overwinnen, ze creëerden DNA-dragers - speciale DNA-strengen met secties die zijn ontworpen om biomarkers van belang te detecteren. Zodra deze dragers een biomarker vinden, binden ze zich eraan, waardoor het gemakkelijker kan worden gedetecteerd door de nanoporie.

Echter, de DNA-dragers zouden soms spontaan 'knobbelen', zichzelf zo verdraaiden dat het leek alsof ze aan een biomarker vastzaten. Dit zou 'false positives' kunnen opleveren – detecties van biomarkers die er niet echt waren.

Het signaal vinden in de ruis

Nutsvoorzieningen, ze hebben het DNA-dragersysteem verbeterd door het te koppelen aan fluorescentiedetectie. Wanneer de DNA-drager zich bindt met een biomarker, komt er een lichtflits vrij, die het systeem vertelt dat een biomarker is bevestigd. Het gaat dan door de nanoporie, waar de biomarker wordt gelezen met behulp van zijn elektrische signaal.

Co-auteur professor Joshua Edel zei:"We hebben een systeem gedemonstreerd dat traditioneel moeilijke biomarkers zoals afzonderlijke eiwitten direct in biologische vloeistof kan onderscheiden door gelijktijdige elektrische en optische detectie te kwantificeren. Het is een eenvoudige manier om moleculen te detecteren die veel kleiner zijn dan de grootte van de nanoporie zonder verlies van signaal naar ruis."

"Het hele project werd alleen mogelijk gemaakt door de unieke vaardigheden en het enthousiasme van de jonge teamleden, waaronder Shenglin Cai en Dr. Jasmine Sze, die allemaal verschillende expertises en achtergronden hebben."