En polymer kærlighedshormonsensor til tidlig påvisning af autisme

Er det muligt at opdage egenskaber ved autisme ved fødslen? På Institute of Physical Chemistry ved det polske videnskabsakademi i Warszawa, forskere har udviklet en sensor, der kunne gøre en sådan opdagelse til virkelighed. Hovedgenkendelseskomponenten i den nye enhed er et polymerlag med en omhyggeligt designet struktur. Det genkender molekyler af oxytocin, en forbindelse, der anses for at være en af ​​biomarkørerne for autisme.

Molekyler af mange kemiske forbindelser cirkulerer i blodet. En af dem er oxytocin, en forbindelse mere almindeligt kendt som "kærlighedshormonet". Tydelige ændringer i blodkoncentrationen tyder på, at patienten potentielt kan være disponeret for autisme. I fremtiden, det vil være muligt at opdage disse ændringer ved hjælp af en ny kemisk sensor, der selektivt genkender selv små mængder oxytocin. En beskrivelse af arbejdet på enheden er netop blevet offentliggjort i Biosensorer og bioelektronik .

I medicin, der er lejlighedsvis gennembrud, der resulterer i en kvalitativ forbedring af hele befolkningers sundhed. I det 20. århundrede, sådanne udviklinger omfatter opdagelsen af ​​antibiotika eller spredning af vaccination. I den nærmeste fremtid, en revolution i en lignende skala er sandsynligvis takket være nye diagnostiske enheder, der er følsomme, nøjagtig, hurtigt og meget billigt. Tilgængelig til enhver tid og for alle, disse instrumenter kunne opdage sygdomme på meget tidlige stadier af udviklingen, derved bidrage til en dramatisk stigning i behandlingseffektivitet. Nøgleelementet i denne type innovative diagnostiske instrumenter skal være pålidelige sensorer, der er i stand til at reagere på tilstedeværelsen af ​​selv et lille antal molekyler af stærkt diskriminerende med hensyn til udvalgte kemiske forbindelser.

"I de enheder, der er udviklet i vores forskerhold, rollen med at genkende de efterspurgte forbindelser spilles af omhyggeligt fremstillede og lige så omhyggeligt producerede polymerlag. Hovedideen her er enkel, dvs. for hver forbindelse, der skal genkendes, forsøger vi at bygge et lag af en polymer med hulrum - molekylære hulrum - der er bedst muligt tilpasset formen såvel som fysiske og kemiske egenskaber for molekylerne i den kemiske forbindelse, som vi ønsker at genkende i sensorens omgivelser, "siger professor Wlodzimierz Kutner (IPC PAS).

'Stempling' af formen og egenskaberne af molekyler af den valgte forbindelse i polymermatrixen er en teknik, der kaldes molekylær prægning. Funktionelle monomerer indføres i en opløsning indeholdende de molekyler, der skal detekteres. De knytter sig til karakteristiske bindingssteder på molekylerne, der skal præges. En tværbindende monomer indføres derefter, som hurtigt binder sig til de funktionelle monomerer. Målgenkendelseslaget dannes efter polymerisation af den tværbindende monomer, og derefter skylning ud fra strukturen dannede således molekylerne af forbindelsen valgt til påvisning.

Prof. Kutners team har allerede udviklet mange polymerlag, der selektivt reagerer på selv lave koncentrationer af vigtige kemikalier, herunder melamin, nikotin, albumin og neopterin (en af ​​kræftens biomarkører). Nu, de har udviklet et sådant polymerlag til påvisning af oxytocin.

"Det er en ting at fange oxytocinmolekyler i et polymerlag, men en helt anden for at læse informationen om, at molekylære hulrum er blevet fyldt, "siger Dr. Zofia Iskierko fra Prof. Kutners team." For os, signalet om tilstedeværelsen af ​​oxytocin i genkendelseslaget er en ændring i elektrisk kapacitans. Derfor producerer vi disse lag på små guldelektroder. Vi indsætter elektroderne i et rør, hvorigennem en opløsning af blod (i vores test kunstigt blod) strømmer. Oxytocinmolekylerne synker ned i hulrummene i polymerlaget, ændrer dermed målesystemets elektriske kapacitans. "

I eksperimentelle test, det viste sig, at den nye sensor detekterer mikromolære koncentrationer af oxytocin og reagerer på dens tilstedeværelse, selv når den er omgivet af molekyler med en meget lignende struktur. Professor Kutners team arbejder på at øge sensorens følsomhed til et niveau, der tillader detektion af nanomolære koncentrationer. Målet, her, er at opnå en følsomhed, der gør det muligt at bruge en enkelt dråbe blod til at udføre en række diagnostiske tests. De eksperimenter, der blev udført på IPC PAS -laboratorierne, viste også, at polymergenkendelseslaget er relativt holdbart og tillader gentagne målingrepetitioner uden at skade deres følsomhed og selektivitet.

Ændringer i blodoxytocinkoncentration alene gør det ikke klart, om en person er disponeret for autisme. Inden diagnosen stilles, koncentrationen af ​​mindst et par andre stoffer (biomarkører), der karakteristisk er forbundet med denne sygdom, bør kontrolleres.

"Vores oxytocinkemiske sensor er egentlig kun et første skridt i retning af at opbygge et mere avanceret medicinsk udstyr, der diagnosticerer en disposition for autisme. I nogen tid har vi har arbejdet på polymerlag, der reagerer på tilstedeværelsen af ​​to andre forbindelser forbundet med autisme, nemlig, melatonin (som ikke bør forveksles med melamin) og gamma-aminosmørsyre, "understreger lederen af ​​forskningsprojektet Dr. Piyush S. Sharma (IPC PAS).