Forskere udvikler ny test til at opdage sygdom og infektion

Forskere ved Queen's University Belfast har udviklet en yderst innovativ ny enzymbiomarkørtest, der har potentialet til at indikere sygdomme og bakteriel kontaminering, hvilket sparer tid, penge og muligvis liv.

Testen, udviklet af forskere ved Institute for Global Food Security at Queen's, kan påvise enzymmarkører for sygdom kendt som proteaser hos mennesker, dyr og fødevarer.

Proteaser er afgørende for vækst af mikroorganismer og er ansvarlige for udviklingen af ​​mange sygdomme.

Niveauer af proteaser kan være stærkt forhøjede i urinen hos patienter med diabetisk nyresygdom, eller på steder med inficerede sår. Tilsvarende hos køer, en forhøjelse af proteaser i deres mælk kan afsløre sygdomme som bovin mastitis, en type mælkekirtelinfektion. I mad, proteaser produceret af bakterier forurenet i kød og mejeriprodukter kan føre til harskning, samt nedsat holdbarhed og kvalitet.

Nuværende proteasedetektionsmetoder er dyre, tidskrævende og er ikke altid effektive. Forskere ved Queen's Institute for Global Food Security har udviklet en nanosensor, som har resulteret i følsomme, hurtig og omkostningseffektiv proteasedetektion i mælk og urin.

Dr. Claire McVey, Queens forsker og medforfatter til undersøgelsen offentliggjort i førende tidsskrift Nano forskning , forklarer:"Ikke kun er testen billig at producere, men den kan bruges overalt og er ikke afhængig af laboratorieforhold. At eliminere behovet for at udføre tests i et laboratoriemiljø er livsændrende. Ud over at være omkostningseffektiv, det betyder hurtigere diagnose."

Den guld-nanopartikel baserede nanosensor udtænkt af Queens forskere indikerer, hvornår proteaser er til stede gennem en synlig farveændringsreaktion. Guldnanopartikler er velkendte for deres evne til at fremskynde oxidationen af ​​et kemikalie kaldet tetramethylbenzidin (TMB), synlig gennem en levende blå farve formation.

Når kasein (et molekyle, der findes i mælk) tilsættes guld nanopartikler, det omgiver nanopartiklerne, der fungerer som en beskyttende overfladebarriere. Når TMB introduceres, kaseinet forhindrer oxidationsreaktionen, hvilket betyder, at der ikke er nogen eller kun en lille farveændring.

Hvor proteaser er til stede, de 'spiser' den beskyttende kaseinbarriere, eksponerer overfladen af ​​guldnanopartiklerne. I dette tilfælde, når TMB tilføjes, proteaserne har fjernet kaseinet, hvilket betyder, at oxidation sker hurtigt, hvilket forårsager en hurtig farveændring.

Dr. Cuong Cao, den ledende akademiker om undersøgelsen:"Når vi tilføjer TMB til de kaseindækkede guldnanopartikler, vi kan næsten øjeblikkeligt se, om proteaser er til stede ved, om opløsningen bliver blå eller ej. Normalt tager en sådan test meget længere tid."

Ved at bruge denne tilgang, proteaser kan påvises inden for 90 minutter uden behov for kompliceret eller dyrt laboratorieudstyr.

Ud over, 'ingredienserne' til fremstilling af nanosensoren er let tilgængelige og lave omkostninger. Guld nanopartikler kan produceres i overflod, med ringe begrænsning af opbevaringskrav, gør det til et holdbart og billigt stof.

Den tilgang, der er udviklet af dronningens forskere, blev testet på mælk og urin, men den kunne tilpasses til en række andre anvendelser.

Dr. Cao forklarer:"Brug af andre molekyler end kasein til at belægge overfladen har potentialet til at detektere andre typer enzymbiomarkører. F.eks. belægning af nanopartiklerne med lipider kunne detektere lipase-enzymet, som kunne hjælpe med diagnosticering af sygdomme som pancreatitis.

"Efter fuld validering af denne test, vi vil gerne undersøge, hvordan vi kan udvide applikationen til at opdage en lang række andre sygdomme eller forurenede fødevarer. Denne nye tilgang vil muliggøre identifikation af enzymbiomarkører på plejestedet. Det kan ændre landskabet for, hvordan enzymbiomarkører opdages og diagnosticeres, ikke kun påvirke fødevaresikkerheden, men om diagnosticering af enzymrelaterede sygdomme blandt dyr og mennesker. Det potentielle omfang for denne test er enormt."

Professor Elliott, grundlægger af Institut for Global Fødevaresikkerhed og en medforsker i undersøgelsen kommenterede:"Evnen til hurtigt at diagnosticere sygdom eller kontaminering kan have en enorm indflydelse på, hvor alvorlige problemer kan håndteres. De ultra-lave omkostninger ved systemet vil hjælpe med at reducere omkostningerne til test og kunne ændre mængden af ​​test udført i udviklingslandene."