Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Onderzoeksteam ontwikkelt op eiwitten gebaseerde microcapsule voor point-of-care-diagnostiek

Conceptuele weergave van het onderzoek. Aptasensoren ingekapseld in proteïnosomen fungeren als een beschermend schild tegen schadelijke eiwitten. Ze laten selectief alleen doelmoleculen toe op basis van grootte, waardoor een snelle en effectieve detectie van doelstoffen uit biologische monsters wordt vergemakkelijkt zonder de noodzaak van voorbehandeling. Krediet:POSTECH

Aptameren, de op nucleïnezuur gebaseerde biosensoren met het vermogen om specifieke eiwitten of kleine moleculen te binden, bieden een manier om doelmoleculen te identificeren zonder de complexiteit van analytische apparaten. Hoewel ze steeds vaker worden gebruikt in diagnostische toepassingen voor verschillende ziekten, is hun potentieel als effectieve sensoren voor kanker bijzonder opmerkelijk, omdat vroege detectie van kanker kan leiden tot een genezingspercentage van meer dan 90%.



Aptameren hebben echter te maken met kritische beperkingen omdat ze gevoelig zijn voor afbraak of aggregatie door nucleasen of geladen eiwitten die aanwezig zijn in biologische monsters zoals bloed of speeksel. Dit maakt het een uitdaging om ze rechtstreeks in klinische monsters te gebruiken zonder eerst die moleculen te verwijderen. Onlangs heeft een team van onderzoekers van de Pohang University of Science and Technology (POSTECH) dit probleem opgelost met behulp van een op eiwitten gebaseerde microcapsule.

Het onderzoeksteam onder leiding van professoren Seung Soo Oh en Sungwook Woo en Ph.D. kandidaat Jinmin Kim van de afdeling Materiaalwetenschappen en Techniek bij POSTECH ontwikkelde een aptameersensorsysteem dat de snelle detectie van doelmoleculen rechtstreeks uit biologische monsters mogelijk maakt, waardoor de noodzaak van voorbehandelingsprocessen wordt geëlimineerd. Dit onderzoek is gepubliceerd in Biosensors and Bioelectronics .

In dit onderzoek creëerde het team bolvormige microcapsules, proteïnosomen genaamd, op basis van zelfassemblage van eiwit-polymeer amfifielen. De microcapsule is ontworpen om een ​​aptasensor te bevatten die is gebaseerd op een structuur-omschakelend aptameer dat reageert met doelmoleculen om onmiddellijk een fluorescerend signaal te produceren, en het oppervlak is samengesteld uit een grootteselectief semi-permeabel membraan dat selectief alleen kleine doelmoleculen doorlaat. terwijl het effectief de toegang van grotere schadelijke eiwitten blokkeert.

Samenvatting van de belangrijkste demonstraties. (A) Zonder proteïnosomen worden aptasensoren volledig afgebroken in serum, terwijl ze, wanneer ze worden beschermd door een proteïnosoomcapsule, zelfs na ~18 uur in serum intact blijven. (B) Elk proteïnosoom fungeert als een individueel 'reactievat', waardoor gelijktijdige en onafhankelijke detectie van meerdere doelen mogelijk wordt wanneer proteïnosomen geladen met verschillende aptasensoren met elkaar worden gemengd. Krediet:POSTECH

De resultaten toonden aan dat de optimale prestaties van de aptasensor voor doeldetectie volledig behouden bleven, zelfs in onbehandelde biovloeistoffen, waardoor effectieve en snelle detectie van doelmoleculen mogelijk werd, zoals estradiol, een belangrijk vrouwelijk hormoon geassocieerd met kanker in de voortplantingsorganen, dopamine, een neurotransmitter. dat wijst op de ziekte van Parkinson of Alzheimer, en cocaïne, een gereguleerde stof die vaak snelle detectie ter plaatse vereist.

De door de onderzoekers ontwikkelde capsules vertoonden een robuuste bescherming tegen schadelijke eiwitten.

De aptasensoren in de microcapsules bleven bijvoorbeeld 18 uur lang onbeschadigd in sterk geconcentreerde nuclease-oplossingen, ongeveer 300.000 maal de normale serumspiegel. Door gebruik te maken van de eigenschap dat elke capsule als een onafhankelijk 'reactievat' functioneert, hebben de onderzoekers bovendien de onafhankelijke werking van meerdere aptasensoren in hetzelfde mengsel aangetoond, waardoor gelijktijdige realtime detectie van meerdere doelmoleculen mogelijk is en hun respectieve concentratieveranderingen kunnen worden gevolgd.

Professor Seung Soo Oh, die het onderzoek leidde, legde uit:"Door monsterscheiding en doeldetectie te integreren, hebben we een nieuwe point-of-care-biosensortechnologie met kleine moleculen ontwikkeld die direct toepasbaar is op biologische monsters zoals serum. Dit platform heeft het potentieel om zorgen voor een revolutie in de geneeskunde, waarbij vroege ziektedetectie en gepersonaliseerde behandeling worden gecombineerd."

Ph.D. kandidaat Jinmin Kim zei:"Het op proteïnosoom gebaseerde detectieplatform is een veelzijdig systeem omdat het kan worden uitgebreid naar sensoren voor verschillende doelmoleculen door simpelweg de aptasensor binnenin te veranderen."

Meer informatie: Jinmin Kim et al, Aptasensor-inkapseling van semi-permeabele proteïnosomen voor directe doeldetectie in onbehandelde biovloeistoffen, Biosensoren en bio-elektronica (2024). DOI:10.1016/j.bios.2024.116062

Aangeboden door Pohang Universiteit voor Wetenschap en Technologie




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Hoe de hormonen van de hypofyse te onthouden
  2. Nieuw rapport vindt succes in adoptieprogramma voor wilde paarden, critici zijn het daar niet mee eens
  3. Zouden herten aanwijzingen kunnen bevatten over het verband tussen malariaresistentie en sikkelcel?
  4. Cicade-palooza! Miljarden insecten om Amerika te bedekken
  5. Oudste Homo Sapiens-fossielen die ooit zijn gevonden, suggereren een herschrijving van menselijke evolutie
  6. Menselijke activiteit maakt het voor wetenschappers moeilijker om oceanen uit het verleden te interpreteren
  7. Lichaamsmassa van bijen, ziekteverwekkers en lokale klimaatinvloeden hittetolerantie
  8. Onderzoekers ontdekten dat overmatige sociale interactie de collectieve respons verminderde
  9. Nieuwe onderzoeksaanpak:onderzoek naar het mondgevoel van voedsel met een microscoop

Wetenschap