Grafén ako avantgardný nanomateriál využívaný pri senzitívnej detekcii glykoproteínov-biomarkerov rôznych chorôb v spojení s lektínovými biosenzormi

Grafén ako avantgardný nanomateriál využívaný pri senzitívnej detekcii glykoproteínov-biomarkerov rôznych chorôb v spojení s lektínovými biosenzormi

Celkové hodnotenie

Vedecká práca
100%
Prevedenie (dizajn)
100%
Diskusná interakcia
100%
PoužívateľVedecká prácaDizajnDiskusná interakcia
RNDr. Miroslav Horváth PhD.100%100%100%
Ing András Hushegyi100%100%100%
Ing. Ľubomír Kišš100%100%100%
Ing. Tomáš Bertók100%100%100%
Lenka Lorencová100%100%100%
Filip Květoň100%100%100%
Ing. Štefan Belický100%100%100%
Mgr. Jakub Križák100%100%-
Mgr. Martina Zámorová100%100%-
Michaela Belovičová100%100%100%
ISBN: 978-80-972360-0-7

Grafén ako avantgardný nanomateriál využívaný pri senzitívnej detekcii glykoproteínov-biomarkerov rôznych chorôb v spojení s lektínovými biosenzormi

Ľudmila Kluková1 , Jaroslav Filip , Štefan Belický , Ján Tkáč
1 Oddelenie glykobiotechnológie, Chemický ústav, SAV, Bratislava, Slovensko
chemluva@savba.sk

V súčasnej dobe je mnoho otázok ohľadom ľudskej patofyziológie už zodpovedaných avšak mnohé stále ostávajú zahalené akýmsi “sladkým“ rúškom tajomstva. Sacharidy totiž v podobe glykánov výrazne ovplyvňujú životne dôležité procesy a aj napriek obrovským pokrokom vo vede a medicíne, glykomika v porovnaní s proteomikou či genomikou stále zaostáva. Odhaduje sa, že viac ako 70 % ľudských proteínov je glykozylovaných a bolo dokázané že zmeny v glykánovom profile sú spôsobené rôznymi fyziologickými zmenami, napr. výskyt ochorenia. Pozmenená glykoforma sa tak môže využiť na diagnostiku týchto chorôb. Inak povedané, monitorovaním aberantných glykánových zmien možno odlíšiť zdravých jedincov od chorých pacientov a v niektorých prípadoch dokonca určiť štádium choroby. V tejto súvislosti našli svoje uplatnenie lektíny –  špecifické proteíny s vysokou afinitou k sacharidickým štruktúram, ktoré majú schopnosť doslova “vybrať“ konkrétne sacharidy z biologickej vzorky. Súčasným trendom modernej diagnostiky je jednoduchosť, rýchlosť, nízka cena s maximálnym efektom a možnosťou tzv. piont-of-care diagnostiky. Avšak, mnohokrát je to obrovská výzva splniť všetky spomenuté požiadavky. Bežne využívané analytické metódy často vyžadujú zložité prístrojové vybavenie, uvoľnenie glykánov z glykoproteínov či značenie cieľových molekúl alebo lektínov, čo robí celú procedúru relatívne zdĺhavú. Naproti tomu, elektrochemické metódy poskytujú elegantný spôsob ako sa vyhnúť spomenutým nevýhodám a navyše, v spojení s lektínovými biosenzormi umožňujú spoľahlivú, rýchlu, citlivú a nedeštruktívnu detekciu intaktných glykoproteínov bez nutnosti značenia molekúl. Kvalitu a efektivitu biosenzorov možno pri ich konštrukcii zlepšiť aplikáciou nanotechnológií. Veľký prevrat v oblasti nanomateriálov urobil v roku 2004 objav grafénu a dnes možno povedať, že si drží popredné miesto v svetovom rebríčku, vďaka jeho pôsobivým vlastnostiam (optické, mechanické a elektrochemické). Grafénové elektrochemické biosenzory boli úspešne aplikované v mnohých oblastiach vedy a techniky (environmentalistika, farmaceutický priemysel, potravinárstvo či diagnostika), avšak v spojení s špecifickými vlastnosťami lektínov ich je stále veľmi málo. Na Chemickom ústave SAV sa podarilo zostrojiť  biosenzor, ktorý kombinuje unikátne vlastnosti grafénového materiálu a špecifickú afinitu lektínov. Pripravený biosenzor je vôbec prvý grafénový biosenzor na glykoprofilovanie proteínov, ktorý využíva ako biorozpoznávajúci prvok lektín a navyše vykazuje vysokú citlivosť (ultrasenzitívna detekcia analytu na atomolárnej úrovni) a nízke nešpecifické interakcie v celom koncentračnom rozsahu.

Poďakovanie: 

Táto publikácia bola vytvorená v rámci projektu VEGA 2/0127/10, ERC 311532 a bola podporovaná Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV-0282-11.

Zdroje: 

Diskusia

Dobrý deň,
k Vašej veľmi peknej prezentácii by som mal len jednu otázku: zaoberali ste sa aj tým, ako sa viaže, resp. s akou funkčnou skupinou lektínu interaguje grafénová COOH skupina (s ktorou aminokyselinou)?
Ďakujem za odpoveď.

Dobrý deň,
veľmi pekne ďakujem za hodnotenie mojej práce. Čo sa týka väzby lektínu na grafénový oxid, využili sme tzv. "amine coupling" (aktivácia karboxylových skupín grafénového oxidu) kedy dochádza k vytvoreniu nestabilného esteru, ktorý následne reaguje s voľnými amino- skupinami proteínu. Takáto imobilizácia sa štandardne robí napríklad na zlatých povrchoch, ktoré využívajú rôzne tioly ukončené karboxylovými skupinami. Sledovali sme úspešnosť imobilizácie (AFM obrázky) ale nesledovali sme cez ktorú konkrétnu AMK sa lektín viaže na grafénový povrch. Ďakujem