Aptamerer, de nukleinsyrabaserade biosensorerna med förmågan att binda specifika proteiner eller små molekyler, erbjuder ett sätt att identifiera målmolekyler utan komplexiteten hos analytiska apparater. Även om de används i allt större utsträckning i diagnostiska tillämpningar för olika sjukdomar, är deras potential som effektiva sensorer för cancer särskilt anmärkningsvärd, eftersom tidig upptäckt av cancer kan leda till en botningsfrekvens på över 90 %.
Aptamerer möter dock kritiska begränsningar eftersom de är mottagliga för nedbrytning eller aggregering av nukleaser eller laddade proteiner som finns i biologiska prover såsom blod eller saliv. Detta gör det utmanande att använda dem direkt i kliniska prover utan att först ta bort dessa molekyler. Nyligen löste ett team av forskare från Pohang University of Science and Technology (POSTECH) detta problem med hjälp av en proteinbaserad mikrokapsel.
Forskargruppen ledd av professorerna Seung Soo Oh och Sungwook Woo och Ph.D. kandidat Jinmin Kim från institutionen för materialvetenskap och teknik vid POSTECH utvecklade ett aptamer-sensorsystem som möjliggör snabb detektering av målmolekyler direkt från biologiska prover, vilket eliminerar behovet av förbehandlingsprocesser. Denna forskning har publicerats i Biosensors and Bioelectronics .
I denna forskning skapade teamet sfäriska mikrokapslar kallade proteinosomer baserade på självmontering av protein-polymer-amfifiler. Mikrokapseln designades för att innehålla en aptasensor baserad på en strukturomkopplande aptamer som reagerar med målmolekyler för att producera en fluorescerande signal omedelbart, och dess yta är sammansatt av ett storleksselektivt semipermeabelt membran som selektivt tillåter endast små målmolekyler att passera genom samtidigt som de effektivt blockerar inträdet av större skadliga proteiner.
Resultaten visade att aptasensorns optimala prestanda för måldetektion bevarades helt även i obehandlade biovätskor, vilket möjliggör effektiv och snabb detektering av målmolekyler som östradiol, ett viktigt kvinnligt hormon som är associerat med cancer i fortplantningsorganen, dopamin, en neurotransmittor. som tyder på Parkinsons eller Alzheimers sjukdomar och kokain, ett kontrollerat ämne som ofta kräver snabb upptäckt på plats.
Kapslarna utvecklade av forskarna visade ett robust skydd mot skadliga proteiner.
Till exempel förblev aptasensorer inrymda i mikrokapslarna oskadade i 18 timmar i högkoncentrerade nukleaslösningar, cirka 300 000 gånger den normala serumnivån. Dessutom, genom att utnyttja egenskapen att varje kapsel fungerar som ett oberoende "reaktionskärl", demonstrerade forskarna den oberoende driften av flera aptasensorer i samma blandning, vilket möjliggör samtidig realtidsavkänning av flera målmolekyler och övervakar deras respektive koncentrationsförändringar.
Professor Seung Soo Oh som ledde forskningen förklarade:"Genom att integrera provseparering och måldetektion har vi banat väg för en ny biosensorteknologi för små molekyler som är direkt applicerbar på biologiska prover som serum. Denna plattform har potential att revolutionera medicinen, som omfattar tidig upptäckt av sjukdomar och personlig behandling."
Ph.D. kandidat Jinmin Kim sa:"Den proteinosombaserade avkänningsplattformen är ett mångsidigt system eftersom det kan utökas till sensorer för olika målmolekyler genom att helt enkelt byta aptasensorn inuti."
Mer information: Jinmin Kim et al, Aptasensor-inkapslande semipermeabla proteinosomer för direkt måldetektion i obehandlade biovätskor, Biosensorer och bioelektronik (2024). DOI:10.1016/j.bios.2024.116062
Tillhandahålls av Pohang University of Science and Technology
