Søde løsninger til påvisning af sygdom

Baseret på Institute of Chemistry i det slovakiske videnskabsakademi, Ján Tkáčs forskning kombinerer glykomik – studiet af sukkerarter i organismer – med biochipsensorer baseret på nanopartikler og nanorør. Kompleksiteten af ​​sukkermolekyler, han siger, har indtil videre holdt udviklingen af ​​glykomik tilbage, men i dag er det et af de videnskabelige områder, der udvikler sig hurtigst.

"Dette er vital forskning, da der er voksende beviser for vigtigheden af ​​glykaner i mange aspekter af cellefysiologi og patologi, " forklarer Dr. Tkáč. "Her på instituttet var vi meget tilfredse med ERC-prisen, fordi, efter velkommen EU-investering i infrastruktur, denne femårige bevilling til banebrydende forskning giver os den langsigtede stabilitet, vi har brug for for at udvikle vores hold af unge forskere og opnå reel ekspertise inden for glykomik." Dr. Tkáč beskæftiger i øjeblikket fire ph.d.-studerende og en post-doc i sit forskerteam med støtte fra hans ERC-bevilling.

Biochips til tidlig advarsel

I ELENA-projektet, Ján Tkáčs team udvikler innovative biochips, der kan detektere ændringer i 'glykosylering', af glykaner knyttet til et protein eller andre organiske molekyler, og som kan indikere sygdomme som kræft. En typisk ELENA biochip starter med et guldbelagt glassubstrat. Nanopartikler aflejres derefter på guldoverfladen, efterfulgt af et lag lectin (et glykangenkendende protein). Endelig, et lag af glykoprotein aflejres over lectinet efter inkubation med en prøve. Interaktioner mellem lectin- og glycoproteinlagene kan derefter detekteres ved ændringer i den elektriske resistivitet af biochipsamlingen. "Betydningen af ​​nanopartiklerne er deres størrelse, " forklarer Dr. Tkáč, "de er små nok til, at vi kan studere interaktioner på cellulært og molekylært niveau og tilbyder stærkt forbedrede detektionsgrænser."

"Ja, ELENAs første nano-biochips viser sig at være mere følsomme af faktorer, der spænder fra 1 million til en milliard sammenlignet med state-of-the-art fluorescerende biochips. Vi kan fange sygdomme tidligere, med mulighed for at behandle dem mere effektivt i fremtiden, " siger han. "Og høj følsomhed betyder, at biochips kan være små, hvilket åbner muligheder for in vivo målinger – med udsigt til at putte biochippen ind i patienten. Denne teknologi tilbyder meget i kampen mod sygdomme, der forklæder sig godt, såsom forskellige former for kræft – hvilket gør det svært for vores krops celler at opdage og bekæmpe det."

Samt hurtigere, mere følsom registrering, ELENA sigter også efter nano-biochips, der er mere nøjagtige. Nuværende laboratoriemetoder bruger "etiketter" til at hjælpe med at opdage interaktioner - såsom fluorescerende farvestoffer. Men sådanne 'mærker' kan påvirke det lokale miljø og egenskaberne af protein- og glycanmolekyler – hvilket i nogle tilfælde fører til falske resultater. "Ved at spore interaktioner ved at måle ændringer i elektrisk resistivitet, vores teknologi er 'labelfri'. Så vi kan bevare en meget mere naturlig måde at interagere på, tættere på det i organismen, hvilket vil gøre vores målinger og diagnoser ikke kun hurtigere og mere følsomme, men mere præcise, " forklarer Dr Tkáč.

Hvad angår forskningsmiljøet i Slovakiet, det bliver bedre på grund af tilstedeværelsen af ​​infrastruktur i verdensklasse, han siger, og han mener, at dette, i kombination med ERC-bevillinger, kan reducere hjerneflugten og tiltrække højtkvalificerede mennesker til at lave videnskab i Slovakiet.