Istraživači sa SFU Nanodevice Fabrication Group razvijaju novi biosenzor koji se može koristiti za skrining na Alchajmerovu bolest i druge bolesti. Pregled njihovog rada nedavno je objavljen u časopisu Nature Communications.
Njihov senzor funkcioniše tako što otkriva određenu vrstu malog proteina, u ovom slučaju citokin poznat kao faktor nekroze tumora alfa (TNF alfa), koji je uključen u upalu u telu. Abnormalni nivoi citokina su povezani sa širokim spektrom bolesti uključujući Alchajmerovu bolest, rak, bolesti srca, autoimune i kardiovaskularne bolesti.
TNF alfa može delovati kao biomarker, merljiva karakteristika koja ukazuje na zdravstveno stanje.
COVID-19 takođe može da izazove inflamatorne reakcije poznate kao „citokinske oluje“, a studije su pokazale da su inhibitori citokina efikasan tretman za poboljšanje šansi za preživljavanje.
„Naš cilj je da razvijemo senzor koji je manje invazivan, jeftiniji i jednostavniji za upotrebu od postojećih metoda“, kaže docent za inženjerske nauke Michael Adachi, ko-voditelj projekta.
„Ovi senzori su takođe mali i imaju potencijal da se postave u ordinacije kako bi pomogli u dijagnostici različitih bolesti, uključujući Alchajmerovu bolest.“
Adachi kaže da postoji niz utvrđenih metoda za otkrivanje proteina biomarkera kao što su enzimski imunosorbentni test (ELISA) i masena spektrometrija, ali one imaju nekoliko nedostataka. Ove postojeće metode su skupe, uzorci se moraju poslati u laboratoriju na testiranje i može potrajati dan ili više da se dobiju rezultati.
On napominje da je njihov biosenzor izuzetno osetljiv i može da otkrije TNF alfa u veoma niskim koncentracijama (10 fM) — znatno ispod koncentracija koje se obično nalaze u zdravim uzorcima krvi (200–300 fM).
Trenutni skrining testovi za Alchajmerovu bolest uključuju upitnik za određivanje da li osoba ima simptome, snimanje mozga ili proces kičmene tapke koji uključuje testiranje proteina biomarkera u cerebralnoj kičmenoj tečnosti potencijalnog pacijenta.
Tim je završio fazu provere koncepta, dokazujući da je dvoelektrodni diodni senzor efikasan u otkrivanju TNF alfa u laboratorijskim uslovima. Oni planiraju da testiraju biosenzor u kliničkim ispitivanjima kako bi se uverili da će biti u stanju da efikasno otkrije proteine biomarkera u uzorku krvi koji sadrži mnogo različitih interferirajućih proteina i drugih supstanci.
„Nastavićemo da testiramo sposobnost uređaja da otkrije iste proteine koristeći telesnu tečnost kao što su uzorci krvi“, kaže dr. student Hamidreza Ghanbari. „Drugi cilj je da se koristi isti uređaj, ali drugačiji receptor za otkrivanje proteina koji su specifičniji za Alchajmerovu bolest.“
Istraživači su takođe podneli privremenu prijavu za patent Kancelariji za licenciranje tehnologije (TLO) pri SFU. Projekat ima interdisciplinarni pristup koji kombinuje vođstvo Adachi u inženjerskim naukama i profesorke Karen Kavanagh na odeljenju za fiziku i Miriam Rosin iz biomedicinske fiziologije i kineziologije (BPK).
„Moramo biti sigurni da je svaki senzor napravljen potpuno isti za toleranciju koja je potrebna za koncentraciju koju pokušavamo da predvidimo ili detektujemo, i to je pravi izazov“, kaže Kavanagh.
Kavanagh kaže da njihov senzor zavisi od svojstava tipa poluprovodnika koji se proučava zbog svojih dvodimenzionalnih (2D) osobina, molibden disulfida (MoS 2 ). Ovo jedinjenje ima drugačija svojstva u poređenju sa uobičajenim poluprovodnicima, silicijumom ili galijum arsenidom (GaAs), koji se mnogo više koriste i bolje razumeju.
Takohani De Silva je diplomirani inženjer inženjerskih nauka koji je radio na projektu i naglašava da je uređaj zasnovan na električnom merenju.
„U osnovi, imamo poluprovodnik na području sensiranja i kada ciljani protein stupi u interakciju sa senzorom, on menja izlaz električnog signala“, objašnjava ona. „Merenjem ove promene možemo izmeriti koncentraciju proteina prisutnog u telesnim tečnostima.
Tim koristi tip nanomaterijala koji se zove dvodimenzionalni materijali, koji su potencijalno atomski tanki i koriste se kao senzorni sloj. DNK sekvence koje se nazivaju aptameri primenjuju se na ove 2D materijale.
Jednom kada se biomarker protein unese na površinu senzora, on izaziva male promene u električnim svojstvima. Gledajući električni izlaz senzornog sloja, oni mogu odrediti koncentraciju ovih proteina biomarkera u jednostavnom rešenju.
