Het monitoren van de glucosespiegels is een van de belangrijkste elementen bij gezondheidsmonitoring. Een onderzoeksteam van de Universiteit van Californië, Berkeley, heeft nu een batterij-onafhankelijke fluorescerende nanosensor ontwikkeld op basis van enkelwandige koolstofnanobuisjes en een inactieve vorm van het enzym glucose-oxidase (GOx).

Omdat het enzym niet in zijn actieve vorm is, wordt de analyt niet geconsumeerd tijdens de meting, en is continue, omkeerbare en niet-invasieve bio-imaging van glucosewaarden in lichaamsvloeistoffen en weefsels mogelijk, rapporteert het team in het tijdschrift Angewandte Chemie Internationale Editie .

Bloedglucosewaarden worden doorgaans gemeten met behulp van op GOx gebaseerde elektrochemische sensoren. Deze sensoren produceren echter giftig waterstofperoxide als bijproduct en vereisen bovendien omvangrijke elektrische circuits en batterijen, waardoor het moeilijk wordt implanteerbare apparaten voor te bereiden op continue metingen.

Kleine SWCNT's kunnen daarentegen in weefsels worden geïntegreerd en bio-imaging-informatie verschaffen:wanneer ze worden opgewonden door licht, produceren SWCNT's een nabij-infrarood fluorescentiesignaal dat door weefsel reist en gemakkelijk kan worden opgenomen met behulp van niet-invasieve bio-imaging-technieken.

Helaas is het maken van op GOx gebaseerde SWCNT-nanosensoren moeilijk omdat de meest effectieve technologie voor het laden van moleculen op SWCNT's (sonicatie) in wezen de GOx-moleculen inactiveert.

Nu hebben Markita P. Landry en haar onderzoeksteam aan de Universiteit van Californië, Berkeley de veronderstelling weerlegd dat op GOx gebaseerde sensoren actieve GOx vereisen voor succesvolle glucosedetectie. Met behulp van sonicatie hebben ze GOx-geladen SWCNT-sensoren gemaakt die op betrouwbare, selectieve en gevoelige wijze glucose detecteren, zoals aangetoond voor glucosemetingen in serum-, plasma- en hersenschijfjes van muizen.

De onderzoekers verklaarden deze verrassende bevinding door het vermogen van het inactieve GOx-enzym om glucose te binden zonder het om te zetten. Alleen binding was voldoende om het fluorescentiesignaal te moduleren. Om volledig onafhankelijk te zijn van de GOx-activiteit, construeerden de onderzoekers ook een GOx-enzym dat zelfs de reactieve groep voor glucose-omzetting ontbeerde. De resulterende apo-GOx-SWCNT-sensor detecteerde glucose in lichaamsvloeistoffen en plakjes hersenen van muizen net zo betrouwbaar als het oorspronkelijke conjugaat van SWCNT en natuurlijke GOx.

De onderzoekers wijzen erop dat het gebruik van inactieve GOx-moleculen grote voordelen biedt. Het productieproces van de GOx-SWCNT-nanosensoren kan bijvoorbeeld worden vereenvoudigd door gebruik te maken van ultrasoonapparaat als effectieve voorbereidingsstap. Omdat de analyt niet wordt geconsumeerd door de enzymreactie, worden er bovendien geen toxische bijproducten geproduceerd en zijn de metingen intrinsiek omkeerbaar, waardoor niet-invasieve continue glucosemonitoring in weefselvloeistoffen mogelijk is.

Meer informatie: Shoichi Nishitani et al., Engineered Glucose Oxidase-Carbon Nanotube Conjugates for Tissue-Translatable Glucose Nanosensors, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202311476

Journaalinformatie: Angewandte Chemie Internationale Editie

Aangeboden door Wiley