Baserad vid Institute of Chemistry i Slovakiska vetenskapsakademin, Ján Tkáčs forskning kombinerar glykomik – studiet av sockerarter i organismer – med biochipsensorer baserade på nanopartiklar och nanorör. Komplexiteten hos sockermolekyler, han säger, har hittills hållit tillbaka utvecklingen av glykomik, men idag är det ett av de snabbast utvecklande vetenskapsområdena.

"Detta är livsviktig forskning eftersom det finns växande bevis på vikten av glykaner i många aspekter av cellfysiologi och patologi, " förklarar Dr Tkáč. "Här på institutet var vi mycket nöjda med ERC-utmärkelsen eftersom, efter välkommen EU-investering för infrastruktur, detta femåriga stipendium för banbrytande forskning ger oss den långsiktiga stabilitet vi behöver för att utveckla vårt team av unga forskare och uppnå verklig spetskompetens inom glykomik." Dr Tkáč har för närvarande fyra doktorander och en post-doc i sitt forskarlag. med stöd av hans ERC-anslag.

Biochips för tidig varning

I ELENA-projektet, Ján Tkáčs team utvecklar innovativa biochips som kan upptäcka förändringar i "glykosylering", av glykaner bundna till ett protein eller andra organiska molekyler, och som kan tyda på sjukdomar som cancer. Ett typiskt ELENA-biochip börjar med ett guldpläterat glassubstrat. Nanopartiklar avsätts sedan på guldytan, följt av ett lager lektin (ett glykanigenkännande protein). Till sist, ett lager av glykoprotein avsätts över lektinet efter inkubation med ett prov. Interaktioner mellan lektin- och glykoproteinskikten kan sedan detekteras genom förändringar i den elektriska resistiviteten hos biochipenheten. "Vikten av nanopartiklarna är deras storlek, " förklarar Dr Tkáč, "de är tillräckligt små för att vi ska kunna studera interaktioner på cellulär och molekylär nivå och erbjuder avsevärt förbättrade detektionsgränser."

"Verkligen, ELENA:s första nano-biochips har visat sig vara känsligare av faktorer som sträcker sig från 1 miljon till en miljard jämfört med state-of-the-art fluorescerande biochips. Vi kan få sjukdomar tidigare, med möjlighet att behandla dem mer effektivt i framtiden, " säger han. "Och hög känslighet betyder att biochipsen kan vara små, vilket öppnar möjligheter för in vivo-mätningar – med möjlighet att stoppa in biochippet i patienten. Denna teknik erbjuder mycket i kampen mot sjukdomar som döljer sig väl, såsom olika former av cancer – vilket gör det svårt för kroppens celler att upptäcka och bekämpa den."

Samt snabbare, känsligare upptäckt, ELENA siktar också på nano-biochips som är mer exakta. Nuvarande laboratoriemetoder använder "etiketter" för att upptäcka interaktioner – som fluorescerande färgämnen. Men sådana "etiketter" kan påverka den lokala miljön och egenskaperna hos protein- och glykanmolekyler – vilket leder till falska resultat i vissa fall. "Genom att spåra interaktioner genom att mäta förändringar i elektrisk resistivitet, vår teknik är "etikettfri". Så vi kan bevara ett mycket mer naturligt sätt att interagera, närmare det i organismen, vilket kommer att göra våra mätningar och diagnoser inte bara snabbare och känsligare utan mer exakta, " förklarar Dr Tkáč.

När det gäller forskningsmiljön i Slovakien, det blir bättre på grund av närvaron av infrastruktur i världsklass, han säger, och han tror att detta, i kombination med ERC-anslag, kan minska kompetensflykten och locka högt kvalificerade människor att göra vetenskap i Slovakien.