Är det möjligt att upptäcka drag av autism vid födseln? Vid Institutet för fysikalisk kemi vid den polska vetenskapsakademin i Warszawa, forskare har utvecklat en sensor som kan göra en sådan upptäckt verklighet. Den viktigaste igenkänningskomponenten i den nya enheten är ett polymerskikt med en noggrant designad struktur. Den känner igen molekyler av oxytocin, en förening som anses vara en av biomarkörerna för autism.

Molekyler av många kemiska föreningar cirkulerar i blodet. En av dem är oxytocin, en förening mer allmänt känd som "kärlekshormonet". Distinkta förändringar i blodkoncentrationen tyder på att patienten potentiellt kan vara predisponerad för autism. I framtiden, det kommer att vara möjligt att upptäcka dessa förändringar med en ny kemisk sensor som selektivt känner igen även små mängder oxytocin. En beskrivning av arbetet med enheten har precis publicerats i Biosensorer och bioelektronik .

Inom medicin, Det finns enstaka genombrott som resulterar i en kvalitativ förbättring av hälsan för hela befolkningar. På 1900-talet, sådan utveckling inkluderar upptäckten av antibiotika eller spridningen av vaccination. Inom en snar framtid, en revolution i liknande skala är sannolikt tack vare nya diagnostiska enheter som är känsliga, exakt, snabbt och mycket billigt. Tillgänglig hela tiden och för alla, dessa instrument kan upptäcka sjukdomar i mycket tidiga utvecklingsstadier, vilket bidrar till en dramatisk ökning av behandlingens effektivitet. Nyckelelementet i denna typ av innovativa diagnostiska instrument måste vara pålitliga sensorer som kan reagera på närvaron av till och med ett litet antal molekyler av mycket diskriminerande med avseende på utvalda kemiska föreningar.

"I enheterna som utvecklats i vårt forskarteam, rollen att känna igen de eftertraktade föreningarna spelas av noggrant tillverkade och lika noggrant framställda polymerskikt. Huvudtanken här är enkel, dvs. för varje förening som ska kännas igen försöker vi bygga ett skikt av en polymer med håligheter - molekylära hålrum - som är så bäst som möjligt anpassade till formen samt fysikaliska och kemiska egenskaper hos molekylerna i den kemiska föreningen som vi vill känna igen i sensorns omgivning, " säger prof. Wlodzimierz Kutner (IPC PAS).

Att "stämpla" formen och egenskaperna hos molekyler av den valda föreningen i polymermatrisen är en teknik som kallas molekylär prägling. Funktionella monomerer införs i en lösning som innehåller de molekyler som ska detekteras. De fäster vid karakteristiska bindningsställen på molekylerna som ska präglas. En tvärbindande monomer introduceras sedan, som snabbt binder till de funktionella monomererna. Måligenkänningsskiktet bildas efter polymerisation av den tvärbindande monomeren, och sedan sköljning ur strukturen bildade sålunda molekylerna av den förening som valts ut för detektion.

Prof. Kutners team har redan utvecklat många polymerlager som selektivt reagerar på även låga koncentrationer av viktiga kemikalier, inklusive melamin, nikotin, albumin och neopterin (en av cancerns biomarkörer). Nu, de har utvecklat ett sådant polymerskikt för att detektera oxytocin.

"Det är en sak att fånga oxytocinmolekyler i ett polymerskikt, men en helt annan att läsa informationen om att de molekylära hålrummen har fyllts, " säger Dr. Zofia Iskierko från Prof. Kutners team. "För oss, signalen om närvaron av oxytocin i igenkänningsskiktet är en förändring i elektrisk kapacitans. Det är därför vi producerar dessa lager på små guldelektroder. Vi sätter in elektroderna i ett rör genom vilket en lösning av blod (i våra tester konstgjort blod) flödar. Oxytocinmolekylerna sjunker in i håligheterna i polymerskiktet, sålunda ändrar den elektriska kapacitansen hos mätsystemet."

I experimentella tester, det visade sig att den nya sensorn detekterar mikromolära koncentrationer av oxytocin och reagerar på dess närvaro även när den är omgiven av molekyler med mycket liknande struktur. Professor Kutners team arbetar med att öka sensorns känslighet till en nivå som tillåter detektering av nanomolära koncentrationer. Siktet, här, är att uppnå en känslighet som gör att en enda droppe blod kan användas för att utföra en mängd olika diagnostiska tester. Experimenten som utfördes vid IPC PAS-labb visade också att polymerigenkänningsskiktet är relativt hållbart och tillåter flera mätrepetitioner utan att skada deras känslighet och selektivitet.

Enbart förändringar i blodets oxytocinkoncentration gör det inte klart om en person är predisponerad för autism. Innan diagnosen ställs, koncentrationen av åtminstone några andra ämnen (biomarkörer) som är karakteristiskt förknippade med denna sjukdom bör kontrolleras.

"Vår kemiska sensor för oxytocin är egentligen bara ett första steg mot att bygga en mer avancerad medicinsk apparat som diagnostiserar en predisposition för autism. Under en tid, vi har arbetat med polymerlager som svarar på närvaron av två andra föreningar associerade med autism, nämligen, melatonin (som inte ska förväxlas med melamin) och gamma-aminosmörsyra, " betonar ledaren för forskningsprojektet Dr. Piyush S. Sharma (IPC PAS).