Een interdisciplinair team van onderzoekers van de Universiteit van Manchester heeft een nieuw op grafeen gebaseerd testsysteem ontwikkeld voor ziektegerelateerde antilichamen, aanvankelijk gericht op een nierziekte genaamd membraannefropathie.

Het nieuwe instrument, gebaseerd op het principe van een kwarts-kristal microbalans (QCM) gecombineerd met een op grafeen gebaseerde bio-interface, biedt een goedkope, snel, eenvoudig en gevoelig alternatief voor de momenteel beschikbare antilichaamtesten.

"Ons onderzoek heeft het potentieel om het testen van antilichamen voor verschillende ziekten breder beschikbaar te maken, op het zorgpunt zoals huisartsenpraktijken of verzorgingstehuizen, in plaats van alleen in gespecialiseerde testcentra, " zei Dr. Aravind Vijayaraghavan, van de Universiteit van Manchester, wie is de hoofdonderzoeker van dit project.

Het team van samenwerkende onderzoekers van de Universiteit van Manchester, waaronder, de afdeling materialen, Nationaal Grafeen Instituut en Faculteit Biologie, Medicine and Health heeft de resultaten vandaag gepubliceerd in twee open access papers in de tijdschriften ACS-sensoren en Koolstof .

De onderzoekers bestudeerden eerst hoe biomoleculen, zoals eiwitten en lipiden, adsorberen op het oppervlak van verschillende soorten grafeenmaterialen zoals grafeenoxide en gereduceerd grafeenoxide, die worden gekenmerkt door verschillende graden van chemische modificatie van het oorspronkelijke grafeenmateriaal.

Op basis van deze studie, ontwikkelden ze een methode om een ​​op eiwit gebaseerde laag op grafeen te vormen, die vervolgens kunnen worden gefunctionaliseerd met specifieke receptormoleculen voor antilichamen. Deze receptoren zorgen ervoor dat alleen het gerichte antilichaam zich aan het grafeenoppervlak zal binden, en niets anders.

Terwijl deze grafeen bio-interface werd ontwikkeld met behulp van een commercieel kwarts-kristal microbalanssysteem, de auteurs realiseerden zich dat om een ​​breed toegankelijk testsysteem voor antilichamen te worden, een alternatief uitleesinstrument was essentieel.

Volgens Dr. Daniel Melendrez, een onderzoeksmedewerker aan de Universiteit van Manchester, "Een commercieel QCM-systeem kan meer dan £ 50 kosten, 000 en kan niet op grote schaal beschikbaar worden gesteld op het zorgpunt. Dus, we hebben een op maat gemaakt QCM-systeem ontwikkeld op basis van een open source-oplossing, met behulp van alle 3D-geprinte onderdelen en elektronische schakelingen van ons eigen ontwerp, die 100 keer minder kost dan het commerciële systeem. Met behulp van ons goedkope en compacte instrument, een gezondheidstechnicus kan eenvoudig een kleine druppel van het te testen monster op de met grafeen gecoate chip plaatsen, en het testresultaat wordt in slechts 10 minuten weergegeven."

Verder, ondanks dat het een eenvoudige en snelle test is, dit systeem is ook kwantitatief, wat betekent dat het de concentratie van antilichamen in het monster van een patiënt kan meten. Deze informatie kan worden gebruikt om te bepalen hoe ernstig de ziekte is, hoe lang de patiënt de ziekte heeft gehad en of de patiënt een immuniteit heeft ontwikkeld, hetzij door de ziekte op te lopen, hetzij door te zijn gevaccineerd.

Vooruit kijken, het onderzoeksteam is van plan om hun test te ontwikkelen voor een breed scala aan auto-immuunziekten, waar het immuunsysteem de lichaamseigen weefsels aanvalt, bijvoorbeeld, coeliakie. Het systeem kan ook worden aangepast om te testen op antilichamen tegen vreemde eiwitten of virale infecties, zoals COVID-19. "Door de goedkope snel, eenvoudige en gevoelige aard van onze test, wij zijn van mening dat het ideaal is voor grootschalige inzet als reactie op pandemieën in het VK en elders. Vooral, het systeem zou een aanzienlijke boost geven aan de testcapaciteit in lage- en middeninkomenslanden en afgelegen locaties, " zegt Dr. Vijayaraghavan.