Sensortechniek maakt live monitoring van biomoleculen mogelijk

12 juli 2018, 00:00
Een beeldje uit de video die het werkingsprincipe uitlegt (ICMS Animation Studio).
Een beeldje uit de video die het werkingsprincipe uitlegt (ICMS Animation Studio).

Het menselijk lichaam is een uiterst complexe moleculaire machine die in detail kan worden bestudeerd met behulp van zogenaamde biomarkers. Helaas is het nog niet mogelijk om bij patiënten biomarkers live te monitoren, omdat deze slechts in minuscule concentraties aanwezig zijn. Onderzoekers van de TU Eindhoven hebben echter een nieuwe techniek ontwikkeld die wel eens het ei van Columbus zou kunnen worden voor het live en met extreme gevoeligheid monitoren van biomarkers.

Geringe concentratie

Stoffen die voor het lichaam essntieel zijn (zoals eiwitten, hormonen en medicijnen) zijn in het bloed aanwezig in pico- of nanomolaire concentraties. Dat zijn concentraties die vergelijkbaar zijn met één suikerkorrel die is opgelost in een Olympisch zwembad – extreem laag dus, en moeilijk te meten. In de groep Moleculaire Biosensoren voor Medische Diagnostiek van de TU Eindhoven is onder leiding van professor Menno Prins een sensortechniek ontwikkeld waarmee biomarker-veranderingen met extreme gevoeligheid als functie van de tijd kunnen worden gemeten.

Brownse beweging

De techniek is gebaseerd op het feit dat minuscule deeltjes in water continu in Brownse beweging zijn omdat watermoleculen er tegenaan botsen. De onderzoekers bonden de deeltjes via een nanostreng aan een glazen plaatje, waardoor ze op hun plaats heen en weer slingeren. Ze voorzagen zowel de deeltjes als het plaatje van hechtmoleculen waaraan de te meten biomarker zich graag tijdelijk hecht. Op het moment dat een biomarker-molecuul zich zowel aan een slingerend deeltje als aan het plaatje hecht, dan zit het deeltje opeens vast waardoor zijn beweeglijkheid sterk afneemt – totdat de biomarker weer loslaat.

De beweeglijkheid van de deeltjes die aan het doorzichtige glas gekoppeld zijn kan eenvoudig met licht worden gemeten. De nieuwe techniek heet dan ook BPM: Biomarker monitoring based on the sensing of Particle Mobility. Telkens wanneer een slingerend deeltje opeens minder beweegt en daarna weer meer, is er één biomarker-molecuul waargenomen. Het aantal van deze gebeurtenissen per minuut verraadt met hoge gevoeligheid de concentratie van de biomarker in de vloeistof.

Digitale precisie

Het mooie van de BPM-sensortechniek is dat deze digitale precisie heeft en dat zowel toenames als afnames van de biomarker-concentratie over de tijd gevolgd kunnen worden. De techniek heeft zich inmiddels bewezen bij het monitoren van eiwit en DNA. De techniek is breed toepasbaar, omdat voor bijna alle biomarkers al bijpassende hechtmoleculen beschikbaar zijn.

Die flexibiliteit, gecombineerd met de gevoeligheid en de verwachte miniaturisering van de technologie, maakt dat Prins en zijn collega-onderzoekers verwachten dat hun techniek een grote toekomst tegemoet gaat. Prins is dan ook bezig een start-up op te richten die praktische sensoren en toepassingen gaat ontwikkelen. Een van de mogelijkheden is om een sensor aan een katheter te koppelen waarmee patiënten in de operatiekamer of in de intensive care nauwkeurig kunnen worden bewaakt. Naast medische toepassingen denkt Prins ook aan het monitoren van biomoleculen in industriële processen en waterzuivering.

Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Communications.
 

Bron: TU Eindhoven
Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items