Övervakning av glukosnivåer är ett av nyckelelementen i hälsoövervakning. Ett forskarlag från University of California, Berkeley, har nu utvecklat en batterioberoende fluorescerande nanosensor baserad på enkelväggiga kolnanorör och en inaktiv form av enzymet glukosoxidas (GOx).
Eftersom enzymet inte är i sin aktiva form, konsumeras inte analyten under mätningen, och kontinuerlig, reversibel och icke-invasiv bioavbildning av glukosnivåer i kroppsvätskor och vävnader är möjlig, rapporterar teamet i tidskriften Angewandte Chemie International Edition .
Blodsockernivåer mäts vanligtvis med GOx-baserade elektrokemiska sensorer. Dessa sensorer producerar dock giftig väteperoxid som en biprodukt och kräver dessutom skrymmande elektriska kretsar och batterier, vilket gör det svårt att förbereda implanterbara enheter för kontinuerlig mätning.
Små SWCNT, å andra sidan, kan integreras i vävnader och ge bioavbildningsinformation:när de exciteras av ljus, producerar SWCNT en nära-infraröd fluorescenssignal som färdas genom vävnad och lätt kan registreras med hjälp av icke-invasiva bioavbildningstekniker.
Tyvärr är det svårt att tillverka GOx-baserade SWCNT nanosensorer eftersom den mest effektiva tekniken för att ladda molekyler på SWCNT – sonikering – i huvudsak inaktiverar GOx-molekylerna.
Nu har Markita P. Landry och hennes forskargrupp vid University of California, Berkeley motbevisat antagandet att GOx-baserade sensorer kräver aktiv GOx för framgångsrik glukosavkänning. Med ultraljudsbehandling förberedde de GOx-laddade SWCNT-sensorer som tillförlitligt, selektivt och känsligt detekterade glukos, vilket demonstrerats för glukosmätningar i serum-, plasma- och mushjärna.
Forskarna förklarade detta överraskande fynd med förmågan hos det inaktiva GOx-enzymet att binda glukos utan att omvandla det. Enbart bindning var tillräcklig för att modulera fluorescenssignalen. För att vara helt oberoende av GOx-aktivitet konstruerade forskarna också ett GOx-enzym som till och med saknade den reaktiva gruppen för glukosomvandling. Den resulterande apo-GOx-SWCNT-sensorn upptäckte glukos i kroppsvätskor och mushjärnaskivor lika tillförlitligt som det ursprungliga konjugatet av SWCNT och naturligt GOx.
Forskarna påpekar att användningen av inaktiva GOx-molekyler har stora fördelar. Till exempel kan tillverkningsprocessen för GOx-SWCNT nanosensorer förenklas genom att använda ultraljud som ett effektivt förberedelsesteg. Dessutom, eftersom analyten inte förbrukas av enzymreaktionen, produceras inga giftiga biprodukter, och mätningarna är reversibla i sig, vilket möjliggör icke-invasiv kontinuerlig glukosövervakning i vävnadsvätskor.
Mer information: Shoichi Nishitani et al, Konjugat för glukosoxidas-kol-nanorör för vävnadsöversättbara glukosnanosensorer, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202311476
Journalinformation: Angewandte Chemie International Edition
Tillhandahålls av Wiley
