Biomarkörer är komponenter som kan finnas i biologiska prover och som är associerade med specifika sjukdomar. Därför kan läkare analysera biologiska prover för att kontrollera patientens hälsotillstånd eller för att övervaka framstegen i specifik terapi. Vanligtvis bör dessa prover rengöras och spädas före analys, och befintliga medicinska diagnostiska metoder är baserade på hälsoinrättningar och laboratorier för dessa rutinanalyser. Detta är en lång process som kräver utbildad personal och dyra verktyg för att extrahera, transportera, lagra, bearbeta och analysera prover på centraliserade platser. Dessutom, i tider av global kris, som en pågående pandemi, kan trycket från tusentals analytiska förfrågningar mätta och kollapsa sjukvårdssystemet.
Å andra sidan kan vårdpunktsenheter med små automatiserade verktyg diagnostisera på decentraliserade platser och kan reagera snabbt. Ett exempel på en sådan anordning är en glukosmätare som används av diabetiker för att övervaka blodsockernivåerna. Dessa enheter kan övervinna de inneboende begränsningarna med att behöva behandla ett prov genom ett centraliserat system, vilket gör att alla kan övervaka sin hälsa hemma helt enkelt genom att använda ett litet blodprov taget genom ett fingerhål.
Utvecklingen av dessa anordningar har dock stött på tekniska svårigheter vid mätning av biologiska prover. Biomarkörer för vissa sjukdomar och infektioner finns endast i mycket små mängder i proverna, vilket i sin tur gör det svårt att utveckla högkänsliga detektionsmetoder. Även om en ökning av biosensorns yta kan öka instrumentets känslighet, blir dessa ytor snabbt igensatta och förorenade, vilket gör dem oanvändbara.
För detta ändamål, vid Center for Soft and Living Substances vid Institute of Basic Sciences (IBS) i Ulsan, Sydkorea, utvecklade ett team under ledning av professor Cho, Yoon-Kyo, nyligen en biosensor som använder en metod för att skapa nanostrukturerad och nano -porösa ytor. Denna integrerade strategisensor ger inte bara oöverträffad känslighet, utan gör den också resistent mot proteinkontamination.
Även om det tidigare inte fanns någon känd metod för att tillförlitligt skapa elektroder med sådana nanostrukturerade och nanoporösa substrat, gav teamet information om en enkel metod för att skapa sådana material. Mekanismen är baserad på applicering av elektriska impulser på en plan guldyta i närvaro av natriumklorid och ett ytaktivt ämne som kan bilda miceller i lösning. Dessa elektriska impulser ger en övervägande reaktion för erosion och omfördelning av guld från ytan, vilket i sin tur leder till tillväxten av nanostrukturer och bildandet av nanoporer. Användningen av ett ytaktivt ämne i form av miceller är viktigt för att denna strategi ska lyckas eftersom den förhindrar att det bearbetade materialet sprids under processen så att det kan omplaceras.
Bildandet av dessa nanostrukturer gav en stor yta som var användbar för att öka känsligheten hos analyserna, medan bildandet av nanoporösa substrat var idealiskt för att förhindra kontaminering från biologiska prover. De kombinerade fördelarna med både nanostrukturer och nanoporer var nyckeln till framgången för denna strategi, som kunde tillämpas på direkt analys av kliniska plasmaprover.
Forskare har ytterligare visat denna nya teknik genom att bygga en biosensor för att upptäcka prostatacancer. Elektroden var så känslig att den kunde skilja mellan en grupp av prostatacancer och friska donatorer med endast små mängder blodplasma eller urinprov. Ingen utspädning eller initiala bearbetningssteg har använts, vilket gör att tekniken enkelt kan användas för att diagnostisera cancer vid vårdpunkten.
Vi tror att denna teknik är viktig för den framtida utvecklingen av medicintekniska produkter och diagnostiska tester som fungerar med biologiska prover. Möjligheten att upptäcka låga koncentrationer av relevanta biomarkörer med stark prestanda öppnar dörren till diagnosen cancer, patogener och andra sjukdomar. “
Professor Yoon-Kyoung förCentrum för mjuka och levande ämnen, Institutet för basvetenskap
Källa:
Institutet för grundvetenskap
Tidningsreferens:
Del Rio, JS och b. (2022) SEEDING för att möjliggöra känslig elektrokemisk detektion av biomarkörer i outspädda biologiska prover. Avancerade material. doi.org/10.1002/adma.202200981.
