Ny sensorteknologi muliggør superfølsom live overvågning af menneskelige biomolekyler

Menneskekroppen er en ekstremt kompleks molekylær maskine, hvis detaljer kan følges gennem visse stoffer; såkaldte biomarkører. Desværre, det er endnu ikke muligt at overvåge biomarkører levende i patienter, når disse er til stede i minimale koncentrationer. Forskere ved Eindhoven teknologiske universitet har nu udviklet en ny teknik, der kan blive den enkle og enkle løsning til live og superfølsom overvågning af biomarkører. De rapporterer om det i Naturkommunikation .

Stoffer, der er afgørende for kroppen, såsom proteiner og hormoner, er til stede i blodet i pico- eller nanomolære koncentrationer. Disse er koncentrationer, der kan sammenlignes med 1 sukkerkorn opløst i en swimmingpool i olympisk størrelse-ekstremt lav, og svært at måle. I gruppen Molecular Biosensing for Medical Diagnostics ved Eindhoven University of Technology, under vejledning af professor Menno Prins, der er udviklet en sensorteknologi, der muliggør superfølsom måling af biomarkørkoncentrationer over tid.

Teknikken er baseret på, at bittesmå partikler i væske kontinuerligt er i Brownsk bevægelse, fordi vandmolekyler kolliderer med dem. Forskerne bandt partiklerne gennem en nanostreng til en glasplade, får partiklerne til at vrikke frem og tilbage. Den biomarkør, der skal måles, binder sig midlertidigt til specifikke klæbestofmolekyler, der er fikseret til både partiklerne og pladen. Når et biomarkørmolekyle knytter sig til både en vrikende partikel og til pladen, partiklen bliver pludselig vedhæftet, hvilket i høj grad reducerer dens mobilitet - indtil biomarkøren frigives igen.

Partiklernes mobilitet, som er koblet til det gennemsigtige glas, let kunne observeres af forskerne med lys. De har givet deres teknologi navnet BPM:Biomarker monitoring based on sensing of Particle Mobility. Hver gang en vrikkende partikel pludselig bevæger sig mindre, og så mere, et biomarkørmolekyle er blevet observeret. Antallet af disse hændelser pr. minut afslører koncentrationen af ​​biomarkøren i væsken med en høj grad af følsomhed.

Det smukke ved BPM -sensorteknologien er, at den har digital præcision, og at både stigninger og fald i biomarkørkoncentration over tid kan overvåges. Teknikken er nu blevet demonstreret til overvågning af protein og DNA. Teknologien er bredt anvendelig, fordi passende adhæsionsmolekyler er tilgængelige for næsten alle biomarkører.

Denne fleksibilitet, kombineret med følsomheden og den forventede miniaturisering af teknologien, betyder, at Prins og hans medforskere har store forventninger til fremtiden til deres teknologi. "Vi forventer, at der vil komme en helt ny klasse sensorer til overvågning af biomarkører, "siger professoren, så han er ved at skabe en start-up, der skal udvikle praktiske sensorer og applikationer. En af mulighederne er at tilslutte en sensor til et kateter, hvormed patienter på operationsstuen eller på intensivafdelingen kan overvåges nøjagtigt. Ud over medicinske applikationer, Prins mener også, at der er muligheder for at overvåge biomolekyler i industrielle processer og vandrensning.