- Miażdżycowa choroba naczyń krwionośnych to szeroka grupa zaburzeń, dlatego wykrycie jednego biomarkera nie jest wystarczające do prawidłowej diagnozy i monitorowania tej choroby - podkreśla dr hab. Iwona Grabowska, liderka Zespołu Biosensorów w Instytucie Rozrodu Zwierząt i Badań Żywności PAN w Olsztynie. - Wśród możliwych rozwiązań tego problemu jest multipleksowe wykrywanie kilku biomarkerów w pojedynczej analizie, co nam udało się uzyskać w postaci opracowanego biosensora.

Zadaniem tych biosensorów (czyli urządzeń analitycznych, w skład których wchodzi m.in. biologicznie aktywny materiał) jest jednoczesny pomiar stężenia lipoproteiny o niskiej gęstości (LDL – tzw. "zły" cholesterol) oraz jej "utlenionej wersji" (MDA-LDL). Frakcja cholesterolu LDL sama w sobie nie jest „zła”; jej zadaniem jest transport cholesterolu z wątroby do mięśni naszego organizmu. Jeśli jednak występuje w nadmiarze, powoduje odkładanie się cząsteczek cholesterolu w tętnicach, co może prowadzić do miażdżycy. Z kolei MDA-LDL to utlenione cząstki cholesterolu LDL, które w takiej postaci stanowią dodatkowe niebezpieczeństwo dla ścianek naczyń krwionośnych. Źródłem tego procesu jest stres oksydacyjny, czyli zaburzenia równowagi między wolnymi rodnikami tlenowymi a możliwościami ich neutralizacji przez organizm.

Fundamentem nowego rozwiązania są kulki magnetyczne (a konkretnie: magnetyczne dynabeads) pokryte grupami aminowymi, stanowiące stałe podłoże dla przeciwciał. Grupy aminowe obecne na kulkach służą do tworzenia wiązań ze specyficznymi przeciwciałami i cząsteczkami redoks aktywnymi. Interakcja między specyficznymi przeciwciałami i biomarkerami skutkuje zmianami w reakcjach elektrochemicznych cząsteczek redoks, które w efekcie dają wynik dotyczący stężenia obu wskazanych biomarkerów.

- Nasze biosensory wykazują wysoką czułość, jeśli chodzi o wykrywalność, wystarczającą selektywność oraz stosunkowo dobrą stabilność - wskazuje Iwona Grabowska. - Do ewentualnego wdrożenia jeszcze długa droga, ale rozwiązanie ma potencjał do wykorzystania w prognozowaniu i diagnozowaniu miażdżycowej choroby sercowo-naczyniowej (ASCVD), która, według szacunków Światowej Federacji Serca, powoduje około jedną trzecią wszystkich zgonów na świecie.

Badanie laboratoryjne za pomocą opisywanych biosensorów wykonuje się z surowicy krwi.

[Więcej w artykule źródłowym, opublikowanym w czasopiśmie "International Journal of Molecular Sciences"]

Biosensory mają przedrostek "bio", co wskazuje na biologicznie aktywny materiał, czyli określoną bioaktywną molekułę np. przeciwciało, kwas nukleinowy, receptor, wirus lub mikroorganizm. - Ten bioelement musi być tak dobrany, aby łączył się z danym analitem, czyli wykrywanym składnikiem. Ich interakcja skutkuje sygnałem, który następnie jest przetwarzany przez przetwornik i daje nam wynik - tłumaczy naukowczyni.

Przetworniki mogą być różne. Do najpopularniejszych należą kolometryczne, stosowane w wielu testach powszechnie dostępnych (chodzi o te z paskiem, który się zabarwia).

Naukowcy z IRZiBŻ PAN wykorzystują jednak przetworniki elektrochemiczne, których działanie jest oparte o reakcje utleniania-redukcji (redoks). - Ten element utleniająco-redukujący, zwany znacznikiem redoks aktywnym, jest skorelowany z działaniem receptora. Gdy jego proces utlenienia-redukcji się zmienia i zachodzi proces rozpoznawania receptor-analit, powstaje sygnał. Metoda elektrochemiczna charakteryzuje się wysoką czułością, dzięki której możemy wykrywać nawet pojedyncze molekuły - wskazuje badaczka.

Innowacyjnością biosensorów badaczy z Olsztyna jest także wykorzystywanie nowoczesnych receptorów - aptamerów. Są to sekwencje DNA lub RNA, które w laboratoriach zostały tak skonstruowane, aby wiązać tylko jedną określona cząsteczkę np. jakiś konkretny antybiotyk. - Aptamery w nauce są stosowane od niedawna, stąd jeszcze tak wiele jest do poznania. Są jednak bardzo selektywne i już wiadomo, że potencjał do szerokiego zastosowania mają duży - podkreśla Iwona Grabowska.

- Ponadto, nasze biosensory są konkurencyjne cenowo w porównaniu z tymi wykorzystującymi przeciwciała, ponieważ aptamery można syntetyzować w laboratorium, a nie w organizmie żywym, gdzie produkowane są te przeciwciała, co wiąże się też z kwestiami etycznymi - dodaje badaczka.  

Samo urządzenie wygląda jak mały chip. Naukowcom zależy, aby obsługa ich biosensorów była prosta, tak by każdy laik potrafił z nich skorzystać i sprawdzić, czy np. w mleku występuje antybiotyk.

Oprócz zastosowań biomedycznych, naukowcy z Olsztyna zajmują się również biosensorami do badania jakości żywności m.in. do wykrywania antybiotyków w mleku krowim i do wykrywania mykotoksyn, czyli toksyn wytwarzanych przez niektóre gatunki grzybów.