Sacharidy predstavujú jednu zo štyroch základných tried biomolekúl - spolu s nukleovými kyselinami, proteínmi a lipidmi [1]. Sacharidové reťazce sú nesmierne dôležité pre základné pochopenie biológie, vďaka nim sme schopní rozvíjať nové stratégie pre terapeutické a diagnostické postupy. Reťazce pozostávajú z veľkej skupiny štrukturálne rozdielnych molekúl, v organizme existujú najmä vo formách glykokonjugátov s proteínmi alebo lipidmi [2]. Biosyntetický medziprodukt O-glykánov - Tn antigén (GalNAcα-O-Ser/Thr), bol pozorovaný vo viac ako 80 % rôznych typov rakovín (napr. prsníkov, prostaty, hrubého čreva, pľúc, pankreasu...), jeho expresia koreluje s ich metastatickým potenciálom a zlou prognózou pre pacientov. Tn antigén má epitelový pôvod, v zdravom tkanive nie je pozorovaný, nakoľko tvorí kostru pre komplexnejšie glykány, odhaľuje sa až pri rakovinovom bujnení. Tento malý glykán (S ~ 1 nm2) má vysoký predpoklad stať sa efektívnym biomarkerom, rovnako ako potenciálnym diagnostickým nástrojom, v dôsledku jeho skorej expresie v transformovaných bunkách [3].
V práci sme študovali tri metódy na imobilizáciu Tn antigénu na povrchu pracovnej elektródy, ktorý slúžil na stanovenie tumor-asociovanej ant-Tn protilátky GOD3-2C4. Prvé dve metódy boli založené na využití zmesnej samousporiadanej monovrstvy (SAM) pre vytvorenie 2D povrchu, tretia pracovala na princípe 3D biosenzora, keď sme navyše používali globulárnu molekulu ľudského sérového albumínu (HSA).
Novovytvorený 3D povrch preukázal oveľa lepšie analytické parametre ako biosenzory založené na 2D usporiadaní, a to z hľadiska citlivosti (6,7 % dekáda-1 vs. 4,7 % dekáda-1), lineárneho dynamického rozsahu (1,4 aM-1,4 pM s R2=0,998 vs. 270 aM-1,4 pM s R2=0,987), limitu detekcie (1,4 aM vs. 270 aM), priemernej hodnoty štandardnej relatívnej odchýlky (4% vs. 18%). Štúdia ďalej preukázala, že 3D biosenzor je taktiež dostupnejší pre naviazanie protilátky s lepšou kinetikou väzby (t50%=137 s) v porovnaní s 2D štruktúrovaným povrchom (t50%=354 s). Množstvo techník ako mikroskopia atomárnych síl (AFM), povrchová plazmónová rezonancia (SPR) alebo kremíkové kryštálové mikrováhy (QCM) boli použité na lepšie pochopenie a charakterizáciu parametrov pripravených biosenzorov, napr. hustota glykánov na povrchu, štúdium interakcií glykán-proteín, hustota HSA na povrchu.
Výskum vedúci k dosiahnutým výsledkom bol financovaný vďaka podpore z Európskej rady pre výskum - Siedmy rámcový projekt (FP/2007-2013)/ERC grant č. 311532 a vďaka grantom - APVV-140753 a VEGA 2/0162/14.
[1] Paleček E., Tkáč J., Bartošík M., Bertók T., Ostatná V., Paleček J.: Chem. Rev. 115(2015).
[2] Rouvinski A. et al.: Nature 520 (2015).
[3] Květoň F., Blšáková A., Hushégyi A., Damborský P., Blixt O., Jansson B., Tkáč J.: Langmuir 33, 11 (2017).
co bude dalej?
Dobry den, blahozelam k vysledkom, kus dobrej roboty... zaujimalo by ma ci je vas vyskum uz vo faze, ze by sa dal biosenzor otestovat aj v nejakych in vitro, in vivo, pripadne aj in silico sytemoch resp. ci si vyvoj takehoto biosenzora vyzaduje este viac fyzikalno-chemickych charakteristik. Vopred dakujum za odpovede, ZB
Re: co bude dalej?
Dobrý deň, ďakujem pekne za otázku :)
Vývoj tohto biosenzora bol úspešný v tom, že sa nám to podarilo aplikovať na zlatom povrchu (dokonca v 3D konfigurácii). Experimenty boli koncipované tak, že do krvného séra zdravého jedinca bol dodaný sledovaný analyt (vychádzali sme z predpokladu jeho prítomnosti v organizme počas ochorenia) a našimi biosenzormi sme boli schopní vzorky "infikovaných" sér analyzovať.
Zlatý povrch má viacero výhod (stabilita, vodivosť), avšak keďže ide o vzácny kov, taká je aj jeho cena, asi nie veľa ľudí by bolo ochotných si zakúpiť elektródy za stovky eur, ďalšou nevýhodou je náročná regenerácia povrchu (viackrokový proces, ktorý si vyžaduje veľa času). Preto sme sa snažili hľadať (cenovo dostupné) alternatívy s podobnými vlastnosťami aké má zlato, dobrou voľbou sa zdajú byť uhlíkové povrchy (modifikácie s grafénom, bórom dopovaný diamant, grafénové oxidy... ) prenos modelu bol náročný, ale posledné výsledky vyzerajú sľubne. :)