Ny proces til at påvise proteiner kunne forenkle nyresygdomsdetektion

(Phys.org) – At opdage, om en patient vil få akut nyreskade, kan blive så simpelt som at dyppe en papirteststrimmel trykt med guld nanorods i en urinprøve, et hold af Washington University i St. Louis forskere har fundet.

Srikanth Singamaneni, PhD, adjunkt i ingeniørvidenskab, sammen med Evan Kharasch, MD, PhD, og Jerry Morrissey, PhD, ved Washington University School of Medicine, har udviklet en biomedicinsk sensor ved hjælp af guld nanorods designet til at detektere forhøjelsen af ​​proteinet neutrofil gelatinase-associeret lipocalin (NGAL), en lovende biomarkør for akut nyreskade, i urinen. Biomarkører er typisk små molekyler eller proteiner i kroppen, hvis koncentration ændres som reaktion på sygdom eller terapi.

"Denne meget lovende og innovative teknologi tilbyder potentialet til at bringe nyrefunktionstest til sengekanten, med større tilgængelighed og reducerede omkostninger, " siger Kharasch, Russell og Mary Shelden professor i anæstesiologi og professor i biokemi og molekylær biofysik. "Ud over, denne proof-of-concept-analyse kan være meget mere bredt anvendelig til forskellige typer af kliniske tests og biomarkører, muliggør oprettelsen af ​​mange nye analyser, hurtigere og mere omkostningseffektivt."

Akut nyreskade, som opstår, når nyrerne bliver ude af stand til at filtrere affaldsstoffer fra blodet, udvikler sig hurtigt over et par timer eller et par dage. Det er almindeligt hos personer, der er indlagt, især hos de kritisk syge mennesker, eller som har fået foretaget en hjerteoperation. Til dato, der har ikke været nogen sensorer, der nemt kan registrere, om en person vil opleve akut nyreskade.

"Hvis vi kan finde en billig teknologi, der kunne bruges mere effektivt, vi kan fange det meget tidligere og redde en masse liv, " siger Singamaneni, en ingeniør i materialevidenskab og maskinteknik. "Vores mål er at kunne printe denne sensor på et stykke papir med en dagligdags inkjet-printer, så læger og klinikker har en billig test tilgængelig, når de har brug for det."

For at oprette sensoren, holdet brugte en teknik kaldet plasmonisk biosensing, som er i stand til at detektere meget små mængder af biomarkører. Imidlertid, naturlige antistoffer har en kort holdbarhed og er dyre og tidskrævende at udvikle og påføre, så Singamaneni og holdet skabte kunstige antistoffer. For at skabe den plasmoniske biosensor, de brugte en proces kaldet biomolekylær prægning.

Denne proces involverer at fæstne målproteinerne til overfladen af ​​nanoroderne, derefter tilføje små molekyler omkring proteinerne for at danne et polymerlag rundt om ydersiden af ​​nanoroderne. Målproteinerne fjernes for at efterlade hulrum på overfladen af ​​nanoroderne, som er de kunstige antistoffer. Når nanoroderne med de kunstige antistoffer udsættes for et stof, såsom urin, der indeholder målproteinet, disse proteiner sætter sig i hulrummene, ligner en puslespilsbrik, der passer ind i et puslespil.

"Når du skinner lys på guld nanorods, metallets elektroner bliver ophidsede og begynder at oscillere, " siger Singamaneni. "Der er to bands, eller farver, af lys i guldnanorodens spektrum, der viser, hvilken del af lyset, der absorberes og spredes af nanoroden. Når noget klæber til overfladen af ​​guld nanorod, det vil flytte positionen af ​​et af båndene og ændre farven. Den farve fortæller os, om proteinbiomarkøren har bundet sig til guldnanoroden. Så kan vi måle mængden af ​​biomarkør ved mængden af ​​farveændring."

Holdet planlægger at bruge sin succes ved at bruge NGAL som biomarkør som en model til at erstatte naturlige antistoffer med kunstige antistoffer for andre proteiner. I 2010 Kharasch og Morrissey, forskningsprofessor i anæstesiologi, fandt, at proteinerne aquaporin-1 og adipophilin var forhøjet i urinen hos patienter med de mest almindelige former for nyrekræft.