Forskere ved Indian Institute of Science (IISC) har udviklet en unik selvlysende sonde, der bruger Terbium, et sjældent jordmetal, til at fornemme tilstedeværelsen af et enzym kaldet ß-glucuronidase, som potentielt kan hjælpe med at påvise leverkræft.
Arbejdet offentliggøres i Kemi – En asiatisk tidsskrift.
ß-glucuronidase er et evolutionært konserveret enzym, der findes på tværs af livsformer-fra mikrober til planter og dyr. Dens kernefunktion er at nedbryde en sukkersyre kaldet glucuronsyre. Ud over sin biologiske allestedsnærhed fungerer enzymet også som en kritisk biomarkør for leverkræft. Faktisk ledsager en stigning i ß-glucuronidase ofte kolon, bryst og nyrecancer samt infektioner i urinvejene og AIDS.
“Konventionelle metoder til kolorimetri og fluorescens til påvisning af sådanne enzymer er ofte begrænset af følsomhed eller interferens fra baggrundssignaler. Evnen hos sjældne jordmetaller til at have langvarige ophidsede tilstande giver os mulighed for at filtrere ud kort levet baggrundsfluorescens, hvilket resulterer i et meget klarere signal,” siger Ananya Biswas, tidligere ph.d. studerende ved IISC og co-første forfatter af papiret.
Projektets rødder sporer næsten et årti, der begynder med holdets eksperimenter på metalioner og deres geldannende egenskaber. Holdet fandt, at terbiumioner, der er sovet i en gelmatrix afledt af galdesalte, kan udsende grøn fluorescens.
Inden for den samme gelmatrix tilføjede teamet et organisk molekyle kaldet 2,3-DHN (2,3-dihydroxynaphthalen) “maskeret” med glukuronsyre. Når ß-glucuronidase skiver dette modificerede molekyle, bliver 2,3-DHN frigivet. Forskerne skinnede derefter UV -lys på prøven.
“Den frie 2,3-DHN fungerer som en ‘antenne’-absorberende UV-lys og overfører energien til terbiumionerne i nærheden, hvilket forbedrer deres grønne emission i høj grad,” forklarer Uday Maitra, æresprofessor i Institut for Organisk Kemi, IISC og svarer til forfatteren af undersøgelsen.
“Gelmatrixen … sikrer tilstrækkelig nærhed mellem ‘antenne’ og terbiumioner, hvilket letter effektiv energioverførsel.”
For at lette anvendelsen designede teamet denne assay som en simpel papirbaseret sensor ved at forankre gelmatrixen på en papirdisk. Når ß-glucuronidase forbehandlet med modificeret 2,3-DHN tilsættes, udviser disken en meget stærkere grøn glød under UV-lys.
Det, der er unikt ved denne teknik, er analysen. I modsætning til konventionelle high-end fluorescensdetektionssystemer kan disse sensorer analyseres ved hjælp af en UV-lampe og ImageJ, en open source, frit tilgængelig software, hvilket gør denne teknik ideel til ressourcebegrænsede indstillinger.
Ved hjælp af denne protokol kom grænsen for detektion (LOD) – den laveste koncentration af enzym, der kan pålideligt detekteres – ud til at være 185 ng/ml. For at sætte dette i perspektiv er ß-glucuronidase-niveauer på ca. 1.000 ng/ml typisk forbundet med begyndelsen af dekompenseret cirrhose, et avanceret trin med leversygdom.
Med leverkræft, der hævder flere liv hvert år, er et sådant teknologisk fremskridt både rettidigt og lovende. I betragtning af den brede kliniske relevans af ß-glucuronidase som biomarkør i forskellige typer kræftformer, neonatal gulsot og NSAID-induceret toksicitet, tilbyder denne sensor et potentielt kraftfuldt screeningsværktøj.
Forfatterne siger, at kliniske undersøgelser stadig skal udføres for at validere assayet. Men de er håbefulde, at sådanne sensorer kan nedbringe omkostningerne ved at detektere klinisk signifikante biomarkører.