Terugkerende griepepidemieën, zoals die tijdens de Eerste Wereldoorlog, de uitbraak van het Middle East Respiratory Syndrome-coronavirus (MERS-CoV) in de jaren 2010 en de COVID-19-pandemie van de afgelopen jaren hebben duidelijk gemaakt dat besmettelijke virale luchtwegaandoeningen vaak een verschijning in de tijdlijn van de menselijke geschiedenis.

Dichtere populaties, nauw contact tijdens transport en verbeteringen in de connectiviteit hebben de verspreiding van dergelijke virale infecties aanzienlijk versneld.

Om de overdracht van virussen en massale infecties tot een minimum te beperken, zijn snelle diagnostische tests die virussen kunnen detecteren en identificeren essentieel voor effectieve isolatie en behandeling van geïnfecteerde patiënten. De afgelopen jaren heeft de op fluorescentie gebaseerde laterale flow-immunoassay (LFI) aan populariteit gewonnen als diagnostisch hulpmiddel voor virusdetectie.

Het is een platform voor snelle virusdetectie dat gebruik maakt van moleculen die gloeien onder speciale lichtomstandigheden in aanwezigheid van een virale lading. De prestaties van dit detectieplatform zijn echter beperkt vanwege verschillende problemen met betrekking tot de detectiegevoeligheid.

In een recente studie heeft een team van onderzoekers onder leiding van professor Min-Gon Kim van de afdeling scheikunde van het Gwangju Institute of Science and Technology nu aangetoond dat deze op fluorescentie gebaseerde LFI’s, wanneer versterkt door op gouden nanostaafjes (GNR) gebaseerde sondes , zou een influenzaviruseiwit nauwkeurig en snel kunnen detecteren, zonder de noodzaak van complexe diagnostische laboratoriumapparatuur.

Hun werk is beschikbaar gemaakt in ACS Nano .

Het team ontwikkelde Cy5-mSiO₂ @GNR-sondes met core-shell nanostructuren voor het LFI-platform. Deze sondes bestaan ​​uit een GNR-kern, een mesoporeuze silica-omhulsel (mSiO₂ ), en het fluorescerende molecuul cyanine 5 (Cy5). Dit nieuwe biosensorsysteem omzeilt veelvoorkomende problemen die verband houden met op fluorescentie gebaseerde LFI, zoals het fotobleken van fluoroforen en lage kwantumopbrengsten, door gebruik te maken van metaal-verbeterde fluorescentie (MEF).

"Het door ons ontwikkelde platform maakt gebruik van een fenomeen waarbij interacties tussen licht en materie in de buurt van metalen nanodeeltjes aanleiding geven tot een plasmonisch effect, waardoor een sterke fluorescentie ontstaat. De belangrijkste factoren die dit effect dicteren zijn de afstand en spectrale overlap van het metaal en de fluorofoor in het MEF-systeem”, legt prof. Kim uit.

Het team onderwierp vervolgens de Cy5-mSiO₂ @GNR onderzoekt een reeks theoretische en experimentele tests om de afhankelijkheid van fluorescentiegedrag van de afstand tussen de GNR en Cy5 te onderzoeken door de dikte van de mSiO aan te passen₂ schelp. Ze ontdekten dat een dikte van 10,3 nm optimaal was voor de schaal en stelden dienovereenkomstig de morfologische omstandigheden van het MEF-systeem in om een ​​verbeterd fluorescentie-effect te bereiken.

Bovendien hebben ze de toepasbaarheid van geoptimaliseerde MEF-sondes aangetoond door deze te integreren in een LFI-platform voor de detectie van influenza A-virus (IAV). Dankzij de verbeterde fluorescentie kon het MEF-LFI-systeem IAV detecteren, zelfs bij zeer lage concentraties van 1,85 pfu ml ^-1 binnen 20 minuten.

Het vertoonde ook een hoge specificiteit voor IAV, zelfs in de aanwezigheid van andere virussen, zoals MERS-CoV en het COVID-19-virus. Bovendien kon dit biosensorsysteem IAV identificeren uit klinische patiëntmonsters met een opmerkelijke nauwkeurigheid van meer dan 99%.

Prof. Kim benadrukt het toekomstige potentieel van dit platform en voegt eraan toe:“De bevindingen van dit onderzoek kunnen niet alleen snelle testen in de gezondheidszorg transformeren, maar de reikwijdte ervan kan ook worden uitgebreid naar andere vormen van biomolecuuldiagnostiek, met als uiteindelijk doel het verbeteren van de kwaliteit van leven."

De nieuwe Cy5-mSiO₂ Het op @GNR gebaseerde LFI-platform kan inderdaad een krachtig diagnostisch hulpmiddel op het zorgpunt zijn voor vroege detectie en screening van IAV en andere virussen, zelfs onder noodsituaties.

Meer informatie: Donggu Hong et al., Plasmonische benadering van fluorescentieverbetering van mesoporeuze met silica gecoate gouden nanostaafjes voor zeer gevoelige influenza A-virusdetectie met behulp van laterale flow-immunosensor, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c02651

Journaalinformatie: ACS Nano

Aangeboden door het Gwangju Instituut voor Wetenschap en Technologie