Forskare vid universitetet i Groningen, leds av docent i kemisk biologi Giovanni Maglia, har designat ett nanoporsystem som kan mäta olika metaboliter samtidigt i en mängd olika biologiska vätskor, allt på några sekunder. Den elektriska utsignalen integreras enkelt i elektroniska enheter för hemdiagnostik. Resultaten publicerades i Naturkommunikation .

Att mäta många metaboliter eller läkemedel i kroppen är komplicerat och tidskrävande, och realtidsövervakning är vanligtvis inte möjlig. Jonströmmarna som passerar genom enskilda nanoporer dyker upp som ett lovande alternativ till standard biokemisk analys. Nanoporer är redan integrerade i bärbara enheter för att bestämma DNA-sekvenser. "Men det är i princip omöjligt att använda dessa nanoporer för att specifikt identifiera små molekyler i ett komplext biologiskt prov, säger Maglia.

Givare

Ett år sedan, Maglia visade hur man använder nanoporer för att identifiera "fingeravtrycken" av proteiner och peptider, och även för att särskilja polypeptider som skiljer sig åt med en aminosyra. Nu, han har anpassat detta system för att identifiera små molekyler i biologiska vätskor. Att göra så, han använde en större cylindrisk-formad nanopor till vilken han tillsatte substratbindande proteiner. "Bakterier gör hundratals av dessa proteiner för att binda substrat för att transportera dem in i cellerna. Dessa proteiner har specificiteter som har utvecklats under miljarder år."

Maglia anpassar bindningsproteinerna för att passa in i nanoporen. Om ett protein sedan binder till sitt substrat, den ändrar sin konformation. Detta, i tur och ordning, ändrar strömmen som passerar genom poren. "Vi använder det bindande proteinet som en elektrisk omvandlare för att detektera de enskilda molekylerna i substratet, " förklarar Maglia. Porerna kan integreras i en standardenhet som analyserar strömmen för hundratals enskilda porer samtidigt. För detta ändamål, forskarna arbetar med Oxford Nanopores, världsledande inom denna typ av teknik.

Blod, svettas, och urin

Genom att lägga till två olika substratbindande proteiner som är specifika för glukos och aminosyran asparagin, Maglia kunde få en avläsning för båda från en bråkdel av en enda droppe blod på under en minut. "Glukossensorer i realtid är tillgängliga, men asparaginanalysen tar normalt dagar, " säger han. Maglias metod fungerar med blod, svettas, urin eller annan kroppsvätska, utan att behöva förbereda provet. De substratbindande proteinerna finns på ena sidan av membranet och provet på den andra. "Eftersom porerna är mycket smala, blandningen sker bara inuti nanoporen, så att systemet kan fungera kontinuerligt, " han förklarar.

Utmaningen nu är att identifiera lämpliga bindningsproteiner för fler substrat, inklusive droger. Maglias grupp har hittat tio hittills. "Men de måste trimmas för att fungera med poren. Och för tillfället, vi förstår inte riktigt mekanismen för detta, så att hitta rätt proteiner är en fråga om försök och misstag, " säger han. Maglia letar efter möjligheter att starta ett företag som kommer att tillhandahålla dessa bindande proteiner. "Om vi ​​kan skapa ett system med proteiner som är specifika för hundratals olika metaboliter, vi kommer att ha skapat en verkligt störande ny teknik för medicinsk diagnostik."