Udvikling af en bedre diagnostisk nano-probe

Biomarkører er komponenter, der kan være til stede i biologiske prøver og er relateret til specifikke sygdomme. Derfor kan læger analysere biologiske prøver fra en patient for at kontrollere deres helbredstilstand eller for at overvåge fremskridtene af en specifik terapi. Typisk skal disse prøver renses og fortyndes før analysen, og nuværende medicinske diagnostiske teknikker er afhængige af sundhedsfaciliteter og laboratorier til disse rutineanalyser. Dette er en langvarig proces, der kræver uddannet personale og dyr instrumentering til at udtrække, transportere, opbevare, behandle og analysere prøverne på centraliserede steder. Desuden kan presset fra tusindvis af analyseanmodninger i en periode med global krise som den igangværende pandemi mætte og kollapse sundhedssystemet.

På den anden side er point-of-care-enheder, som er små automatiserede instrumenter, i stand til at udføre diagnostik på decentrale steder og kan give hurtige svar. Et eksempel på en sådan enhed er glukosemåleren, som personer med diabetes bruger til at overvåge deres sukkerniveauer i blodet. Disse enheder kan overvinde de iboende begrænsninger ved at skulle behandle en prøve gennem et centraliseret system, hvilket giver enhver mulighed for at være i stand til at overvåge deres helbred hjemmefra, blot ved at bruge en lille blodprøve udtaget med et fingerstik.

Udviklingen af ​​disse enheder har imidlertid været belastet af de tekniske udfordringer i forbindelse med måling af biologiske prøver. Biomarkører for nogle sygdomme og infektioner er kun til stede i prøverne i meget små mængder, hvilket igen giver en udfordring at udvikle ekstremt følsomme detektionsteknikker. Mens en forøgelse af biosensorens overfladeareal kan øge instrumentets følsomhed, har disse overflader tendens til hurtigt at blive tilstoppet og forurenet, hvilket gør dem ubrugelige.

Til dette formål udviklede holdet ledet af professor CHO, Yoon-Kyoung ved Center for Soft and Living Matter inden for Institute for Basic Science (IBS) i Ulsan, Sydkorea, for nylig en biosensor ved hjælp af en metode til at generere nanostrukturerede og nanoporøse overflader. Denne kombinerede strategi giver ikke kun sensoren en hidtil uset følsomhed, men gør den også modstandsdygtig over for tilsmudsning af proteiner.

Mens der tidligere ikke har været nogen kendt metode til pålideligt at skabe elektroder ved hjælp af sådanne nanostrukturerede og nanoporøse substrater, rapporterede holdet en simpel metode til at generere sådanne materialer. Mekanismen er baseret på påføring af elektriske impulser på en flad guldoverflade i nærværelse af natriumchlorid og et overfladeaktivt stof, der kan danne miceller i opløsning. Disse elektriske impulser driver en foretrukken reaktion til at ætse og genaflejre guld fra overfladen og til gengæld vokse nanostrukturer og danne nanoporerne. Brugen af ​​overfladeaktivt stof i form af miceller er afgørende for succesen med denne strategi, da det forhindrer det materiale, der ætses i at diffundere væk under processen, så det kan genaflejres.

Dannelsen af ​​disse nanostrukturer gav et stort overfladeareal, som var gavnligt for at øge følsomheden af ​​assays, hvorimod dannelsen af ​​nanopore-substrater var ideel til at forhindre kontaminering fra de biologiske prøver. Både nanostrukturerne og nanoporernes kombinerede fordele var nøglen til succesen med denne strategi, som kunne anvendes til direkte analyse af kliniske plasmaprøver.

Forskerne demonstrerede yderligere denne nye teknologi ved at bygge en biosensor til påvisning af prostatacancer. Elektroden var følsom nok til at skelne mellem en gruppe af prostatacancer og raske donorer, der kun brugte en lille mængde blodplasma eller urinprøver. Der blev ikke brugt nogen fortyndings- eller forbehandlingstrin, hvilket betyder, at teknologien nemt kunne bruges til point-of-care diagnosticering af kræft.

Professor Cho udtalte, at "vi mener, at denne teknologi er essentiel for den fremtidige udvikling af point-of-care-enheder og diagnostiske tests, der fungerer med biologiske prøver. Evnen til at detektere lave koncentrationer af relevante biomarkører med robust ydeevne åbner en dør til muligheder i inden for diagnostik for kræft, patogener og andre sygdomme."

Resultaterne af denne forskning er blevet offentliggjort i Advanced Materials den 17. maj 2022 og den tilhørende illustration blev udvalgt til frontispicen i det aktuelle nummer. + Udforsk yderligere

Fremskyndelse af kræftbiomarkørdetektion til behandlingssteddiagnostik