Vævsintegreret følsom glucose nanosenor bruger inaktivt glucoseoxidase enzym til kontinuerlig overvågning

Overvågning af glukoseniveauer er et af nøgleelementerne i sundhedsovervågning. Et forskerhold fra University of California, Berkeley, har nu udviklet en batteriuafhængig fluorescerende nanosensor baseret på enkeltvæggede kulstofnanorør og en inaktiv form af enzymet glucoseoxidase (GOx).

Fordi enzymet ikke er i sin aktive form, forbruges analytten ikke under målingen, og kontinuerlig, reversibel og ikke-invasiv bioimaging af glukoseniveauer i kropsvæsker og væv er mulig, rapporterer teamet i tidsskriftet Angewandte Chemie International Edition .

Blodsukkerniveauer måles typisk ved hjælp af GOx-baserede elektrokemiske sensorer. Disse sensorer producerer imidlertid giftigt brintoverilte som et biprodukt og kræver desuden omfangsrige elektriske kredsløb og batterier, hvilket gør det vanskeligt at forberede implanterbare enheder til kontinuerlig måling.

Små SWCNT'er kan på den anden side integreres i væv og give biobilleddannelsesinformation:når de exciteres af lys, producerer SWCNT'er et nær-infrarødt fluorescenssignal, der bevæger sig gennem væv og nemt kan optages ved hjælp af ikke-invasive biobilledteknikker.

Desværre er det vanskeligt at lave GOx-baserede SWCNT-nanosensorer, fordi den mest effektive teknologi til at indlæse molekyler på SWCNT'er - sonikering - i det væsentlige inaktiverer GOx-molekylerne.

Nu har Markita P. Landry og hendes forskerhold ved University of California, Berkeley modbevist antagelsen om, at GOx-baserede sensorer kræver aktiv GOx for vellykket glukosemåling. Ved hjælp af sonikering forberedte de GOx-ladede SWCNT-sensorer, der pålideligt, selektivt og følsomt detekterede glukose, som demonstreret til glukosemålinger i serum-, plasma- og musehjerneskiver.

Forskerne forklarede dette overraskende fund med det inaktive GOx-enzyms evne til at binde glukose uden at omdanne det. Binding alene var tilstrækkelig til at modulere fluorescenssignalet. For at være fuldstændig uafhængig af GOx-aktivitet konstruerede forskerne også et GOx-enzym, der endda manglede den reaktive gruppe til glukoseomdannelse. Den resulterende apo-GOx-SWCNT-sensor detekterede glukose i kropsvæsker og musehjerneskiver lige så pålideligt som det oprindelige konjugat af SWCNT og naturligt GOx.

Forskerne peger på, at brugen af ​​inaktive GOx-molekyler har store fordele. For eksempel kan fremstillingsprocessen af ​​GOx-SWCNT nanosensorerne forenkles ved at bruge sonikering som et effektivt forberedelsestrin. Da analytten ikke forbruges af enzymreaktionen, produceres der desuden ingen toksiske biprodukter, og målingerne er reversible i sig selv, hvilket giver mulighed for ikke-invasiv kontinuerlig glukoseovervågning i vævsvæsker.

Flere oplysninger: Shoichi Nishitani et al., Engineered Glucose Oxidase-Carbon Nanotube Conjugates for Tissue-Translatable Glucose Nanosensors, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202311476

Journaloplysninger: Angewandte Chemie International Edition

Leveret af Wiley