Ny metode måler enkelte molekyler fra nanoliter blod i realtid

Universitetet i Groningen videnskabsmænd, ledet af lektor i kemisk biologi Giovanni Maglia, har designet et nanoporesystem, der er i stand til at måle forskellige metabolitter samtidigt i en række biologiske væsker, alt sammen i løbet af få sekunder. Det elektriske udgangssignal integreres nemt i elektroniske enheder til hjemmediagnostik. Resultaterne blev offentliggjort i Naturkommunikation .

At måle mange metabolitter eller lægemidler i kroppen er kompliceret og tidskrævende, og realtidsovervågning er normalt ikke mulig. De ioniske strømme, der passerer gennem individuelle nanoporer, dukker op som et lovende alternativ til standard biokemisk analyse. Nanoporer er allerede integreret i bærbare enheder til at bestemme DNA-sekvenser. "Men det er dybest set umuligt at bruge disse nanoporer til specifikt at identificere små molekyler i en kompleks biologisk prøve, siger Maglia.

Transducer

For et år siden, Maglia demonstrerede, hvordan man bruger nanoporer til at identificere 'fingeraftryk' af proteiner og peptider, og endda for at skelne polypeptider, der adskiller sig med én aminosyre. Nu, han har tilpasset dette system til at identificere små molekyler i biologiske væsker. For at gøre det, han brugte en større cylindrisk-formet nanopore, hvortil han tilføjede substratbindende proteiner. "Bakterier laver hundredvis af disse proteiner til at binde substrater for at transportere dem ind i cellerne. Disse proteiner har specificiteter, der har udviklet sig over milliarder af år."

Maglia tilpasser bindingsproteinerne til at passe inde i nanoporen. Hvis et protein derefter binder til dets substrat, det ændrer sin konformation. Det her, på tur, ændrer strømmen, der passerer gennem poren. "Vi bruger det bindende protein som en elektrisk transducer til at detektere de enkelte molekyler i substratet, " forklarer Maglia. Porerne kan inkorporeres i en standardanordning, som analyserer strømmen af ​​hundredvis af individuelle porer samtidigt. Til dette formål, forskerne arbejder med Oxford Nanopores, verdens førende inden for denne form for teknologi.

Blod, sved, og urin

Ved at tilføje to forskellige substratbindende proteiner, der er specifikke for glucose og aminosyren asparagin, Maglia var i stand til at få en aflæsning for begge fra en brøkdel af en enkelt bloddråbe på under et minut. "Glukosesensorer i realtid er tilgængelige, men asparaginanalysen tager normalt dage, " siger han. Maglias metode arbejder med blod, sved, urin eller anden kropsvæske, uden at kræve prøveforberedelse. De substratbindende proteiner er på den ene side af membranen, og prøven er på den anden. "Da porerne er meget smalle, blandingen sker kun inde i nanoporen, så systemet kan fungere kontinuerligt, " forklarer han.

Udfordringen er nu at identificere passende bindingsproteiner til flere substrater, herunder medicin. Maglias gruppe har fundet ti indtil videre. "Men de skal tunes til at arbejde med poren. Og i øjeblikket, vi forstår ikke rigtig mekanismen for dette, så at finde de rigtige proteiner er et spørgsmål om forsøg og fejl, " siger han. Maglia leder efter muligheder for at oprette et firma, som vil levere disse bindende proteiner. "Hvis vi kan skabe et system med proteiner, der er specifikke for hundredvis af forskellige metabolitter, vi vil have skabt en virkelig forstyrrende ny teknologi til medicinsk diagnostik. "