Brug af grafen til at detektere ALS, andre neurodegenerative sygdomme

Grafens vidundere er mange - det kan muliggøre fleksible elektroniske komponenter, øge solcellekapaciteten, filtrer de fineste subatomare partikler og revolutionerer batterier. Nu, "supermaterialet" kan en dag bruges til at teste for amyotrofisk lateral sklerose, eller ALS - en progressiv, neurodegenerativ sygdom, som for det meste diagnosticeres ved at udelukke andre lidelser, ifølge ny forskning fra University of Illinois i Chicago offentliggjort i ACS anvendte materialer og grænseflader .

Når cerebrospinalvæske fra patienter med ALS blev tilsat grafen, det frembragte en tydelig og anderledes ændring i grafenens vibrationsegenskaber sammenlignet med, når væske fra en patient med multipel sklerose blev tilsat, eller når væske fra en patient uden neurodegenerativ sygdom blev tilsat grafen. Disse distinkte ændringer forudsagde nøjagtigt, hvilken type patient væsken kom fra - en med ALS, MS eller ingen neurodegenerativ sygdom.

Grafen er et enkeltatom-tykt materiale, der består af kulstof. Hvert kulstofatom er bundet til dets nabokulstofatomer ved kemiske bindinger. Elasticiteten af ​​disse bindinger frembringer resonansvibrationer, også kendt som fononer, som kan måles meget nøjagtigt. Når et molekyle interagerer med grafen, det ændrer disse resonansvibrationer på en meget specifik og kvantificerbar måde.

"Graphen er kun et atom tykt, så et molekyle på dets overflade i sammenligning er enormt og kan producere en specifik ændring i grafens fononenergi, som vi kan måle, " sagde Vikas Berry, lektor og leder af kemiteknik i UIC College of Engineering og en forfatter på papiret. Ændringer i grafens vibrationsegenskaber afhænger af de unikke elektroniske egenskaber af det tilføjede molekyle, kendt som dets "dipolmoment".

"Vi kan bestemme dipolmomentet for det molekyle, der er tilføjet til grafen, ved at måle ændringer i grafens fononenergi forårsaget af molekylet, " forklarede Berry.

Berry og hans kolleger brugte grafen til at identificere, om cerebrospinalvæsken var fra en patient med ALS eller multipel sklerose - to progressive neurodegenerative lidelser - eller fra en person uden neurodegenerativ sygdom. Da der ikke er nogen endelig test for ALS, en objektiv diagnostisk test ville hjælpe patienter med at begynde at modtage behandling hurtigere for at bremse sygdommen.

Cerebrospinalvæske blev hentet fra Human Brain and Spinal Fluid Resource Center, som samler væske og væv fra afdøde personer. Bær, Dr. Ankit Mehta, assisterende professor i neurokirurgi og direktør for spinal onkologi ved UIC College of Medicine, og deres kolleger testede cerebrospinalvæsken fra syv personer uden neurodegenerativ sygdom; fra 13 personer med ALS; fra tre personer med sclerose og fra tre personer med en ukendt neurodegenerativ sygdom.

"Vi så unikke og tydelige ændringer i grafens fononenergier afhængigt af om væsken var fra en person med ALS, multipel sklerose eller nogen uden neurodegenerativ sygdom, " sagde Berry. "Vi var også i stand til at bestemme, om væsken var fra nogen over 55 år eller yngre end 55, da vi testede cerebrospinalvæske fra ALS-patienter. Vi tror, ​​at den forskel, vi ser mellem ældre og yngre ALS-patienter, er drevet af unikke biokemiske signaturer, vi opfanger, og som korrelerer med arvelig ALS, som normalt giver symptomer før 55 års alderen, og det, der er kendt som sporadisk ALS, som opstår senere i livet."

Berry mener, at grafenen samler op på de unikke biosignaturer - kombinationer af proteiner, og andre biomolekyler - til stede i cerebrospinalvæsken hos personer med forskellige sygdomme.

"Grafens elektroniske egenskaber er blevet grundigt undersøgt, men først for nylig er vi begyndt at undersøge dets foniske egenskaber som en måde at opdage sygdomme på, " sagde Berry. "Og det viser sig, at grafen er en ekstremt alsidig og nøjagtig detektor af biosignaturer af sygdomme, der findes både i cerebrospinalvæsker og hele celler."