Η νέα συσκευή θα μπορούσε να έχει μια σειρά εφαρμογών, από την παρακολούθηση της αποτελεσματικότητας των θεραπειών για τον καρκίνο μέχρι την πρόβλεψη της πορείας των ιογενών ασθενειών.
Μια ομάδα από το ερευνητικό εργαστήριο Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) στη Γερμανία χρησιμοποίησε εξαρτήματα τυποποιημένα, για να κατασκευάσει μια οικονομικά αποδοτική συσκευή σε μέγεθος παλάμης που μπορεί να ανιχνεύσει 32 διαφορετικά παθογόνα ταυτόχρονα.
Για να δημιουργήσουν τη νέα τους συσκευή, οι ερευνητές δανείστηκαν από τον τομέα της ηλεκτρονικής, χρησιμοποιώντας τρανζίστορ φαινομένου πεδίου (FETs) ως βασική ιδέα. Τα FET χρησιμοποιούν ένα ηλεκτρικό πεδίο για τον έλεγχο της ροής του ρεύματος σε έναν ημιαγωγό. Υπάρχουν τρία στοιχεία: πηγή, πύλη και αποστράγγιση. Η εφαρμογή τάσης στην επιφάνεια της πύλης αλλάζει το ηλεκτρικό της δυναμικό και ελέγχει τη ροή ρεύματος μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης. Η συσκευή «ενεργοποιείται» μόνο όταν η τάση της πύλης φτάσει σε ένα συγκεκριμένο όριο. Διαφορετικά παθογόνα παράγουν διαφορετικά ηλεκτρικά δυναμικά και, επομένως, διαφορετικά ρεύματα. Τα καρκινικά κύτταρα, για παράδειγμα, παράγουν ρεύμα διαφορετικό από τον ιό της γρίπης. Καμία σημαντική αλλαγή στο ρεύμα σημαίνει ότι δεν έχουν συνδεθεί βιομόρια που σχετίζονται με την ασθένεια στην επιφάνεια του αισθητήρα (πύλη) και αντίστροφα.
Ένα σημαντικό μειονέκτημα των παραδοσιακών βιοαισθητήρων που βασίζονται σε FET είναι ότι οι επιφάνειες δοκιμής δεν είναι επαναχρησιμοποιήσιμες, απαιτώντας την απόρριψη ολόκληρου του τρανζίστορ μετά τη χρήση, κάτι που είναι δαπανηρό. Για να αντιμετωπίσουν αυτό το ζήτημα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα ξεχωριστό ηλεκτρόδιο συνδεδεμένο στην πύλη του τρανζίστορ για να μετρήσουν τις αλλαγές στο ηλεκτρικό δυναμικό.
«Αυτό μας δίνει την ευκαιρία να χρησιμοποιήσουμε το τρανζίστορ πολλές φορές», δήλωσε η Larysa Baraban, η αρμόδια συγγραφέας της μελέτης. «Χωρίζουμε την πύλη και την αναφέρουμε ως «εκτεταμένη πύλη» – δηλαδή μια επέκταση του συστήματος δοκιμών».
Για να βελτιώσουν περαιτέρω το σύστημά τους, οι ερευνητές δημιούργησαν μια εκτεταμένη πύλη με 32 δοκιμαστικά επιθέματα ικανά να ανιχνεύουν πολλαπλά παθογόνα.
«Θα θέλαμε, φυσικά, αυτό το σύστημα να πραγματοποιεί πολλές αναλύσεις ταυτόχρονα», είπε ο Baraban. «Αυτό σημαίνει ότι ένα δείγμα μπορεί να ελεγχθεί ταυτόχρονα σε καθένα από τα επιθέματα για διαφορετικό παθογόνο».
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη συσκευή τους για να δοκιμάσουν την ιντερλευκίνη-6 (IL-6), μια πρωτεΐνη που παράγεται ως απόκριση σε μολύνσεις και τραυματισμούς ιστών. Είναι ένας χρήσιμος δείκτης ενεργοποίησης του ανοσοποιητικού συστήματος και μπορεί να αυξηθεί σε φλεγμονές, λοιμώξεις, αυτοάνοσες διαταραχές, καρδιαγγειακές παθήσεις και ορισμένους καρκίνους.
«Είτε πρόκειται για απλό κρυολόγημα είτε για καρκίνο, η συγκέντρωση της IL-6 αλλάζει», είπε ο Baraban. «Διαφορετικές ασθένειες καθώς και διαφορετικά στάδια μιας νόσου παράγουν διαφορετικές κλινικές εικόνες. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η IL-6 είναι πολύ κατάλληλη ως δείκτης.»
Διαπίστωσαν ότι η χρήση ενός έτοιμου κιτ νανοσωματιδίων που έχει σχεδιαστεί για ερευνητές για να προσθέτουν νανοσωματίδια χρυσού που συγκεντρώνουν ή εντοπίζουν το φορτίο και ενισχύουν το σήμα τάσης βελτίωσε την ευαισθησία της συσκευής.
«Η ευαισθησία των δοκιμών είναι σημαντικά υψηλότερη από ό,τι όταν εργαζόμαστε χωρίς νανοσωματίδια», είπε ο Baraban.
Διαπίστωσαν ότι η συσκευή τους παρήγαγε αποτελέσματα γρήγορα και πέτυχε ευαισθησίες και τιμές ορίου ανίχνευσης (LOD) συγκρίσιμες με τους βιοαισθητήρες που βασίζονται σε FET τελευταίας τεχνολογίας. Πράγματι, η συσκευή είχε σημαντικά χαμηλότερο LOD – που ορίζεται ως η χαμηλότερη συγκέντρωση αναλυόμενης ουσίας σε ένα δείγμα που μπορεί να ανιχνευθεί με συνέπεια, συνήθως με βεβαιότητα 95% – σε σύγκριση με την τυπική μέθοδο ανάλυσης (ELISA) που χρησιμοποιούν συνήθως τα εργαστήρια για ανίχνευση αντισωμάτων στο αίμα.
Οι ερευνητές λένε ότι η οικονομικά αποδοτική συσκευή βιοαισθητήρα τους έχει μια σειρά πιθανών εφαρμογών, από την παρακολούθηση της προόδου των ανοσοθεραπειών σε ασθενείς με καρκίνο έως την πρόβλεψη της σοβαρότητας και της πορείας μιας ιογενούς ασθένειας όπως η γρίπη ή το COVID-19.
Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Biosensors and Bioelectronics .
(photo: pixabay)
