Biosenzor ultrasensibil pentru detectarea rapidă a scurgerilor de lichid cefalorahidian
O echipă de cercetători a dezvoltat un biosensor electrochimic de mare sensibilitate, capabil să diagnosticheze rapid și precis scurgerile de lichid cefalorahidian (LCR) care pot apărea după intervenții chirurgicale craniene sau traumatisme. Platforma diagnostică utilizează enzime pentru a detecta diferențele subtile dintre zaharurile atașate la suprafața proteinelor și transformă aceste diferențe în semnale electrice măsurabile. Rezultatele au fost publicate în Chemical Engineering Journal.
Importanța diagnosticării rapide
Lichidul cefalorahidian este un fluid limpede care înconjoară creierul și măduva spinării, protejându-le de impactul fizic. După un traumatism cranian sever sau o operație pe creier, LCR-ul poate scăpa prin defecte ale craniului și se poate scurge pe nas sau pe urechi. Deoarece o scurgere netratată poate duce la infecții grave precum meningita, un diagnostic rapid și precis este esențial.
Un biomarker cheie pentru diagnostic este β₂-transferina, o proteină aproape identică din punct de vedere structural cu transferina obișnuită din sânge, dar care nu posedă anumite zaharuri terminale numite acid sialic. Testele imunologice convenționale recunosc structura generală a proteinei, ceea ce face dificilă distincția clară între transferina normală și formele în care lipsesc aceste zaharuri. Tehnicile analitice mai sofisticate pot dura câteva ore și necesită instrumente complexe, limitând utilizarea lor imediată în sălile de operație sau în departamentele de urgență.
O abordare bazată pe enzime
Pentru a depăși această provocare, echipa de cercetare condusă de profesorul Jinsung Park de la Departamentul de Inginerie Biomecatronică din cadrul Universității Sungkyunkwan, în colaborare cu echipa condusă de profesorul Gwanghui Ryu de la Departamentul de Otorinolaringologie—Chirurgie Head and Neck de la Samsung Medical Center, s-a concentrat nu asupra proteinei în sine, ci asupra locurilor vacante rămase atunci când zaharurile lipsesc.
Cercetătorii au folosit o enzimă specifică, α-2,3-sialiltransferaza, pentru a recunoaște selectiv aceste locuri expuse și pentru a atașa noi molecule de zahăr, amplificând reacția rezultată ca semnal electric. În proteinele normale, locurile relevante sunt deja ocupate și, prin urmare, nu reacționează cu enzima. În transferina deficitară în acid sialic asociată cu LCR, enzima recunoaște locurile vacante și produce un semnal detectabil.
Performanța senzorului
Echipa a îmbunătățit suplimentar performanța senzorului (ESGNS) prin incorporarea de electrozi nanostructurați din aur, capabili să amplifice semnale extrem de slabe. Senzorul a detectat cu precizie substanța țintă la concentrații de până la 0,135 μg/mL, chiar și în medii biologice complexe precum sângele și fluidele corporale.
Testele efectuate pe probe reale de LCR de la pacienți au arătat o corelație puternică cu metodele analitice de precizie convenționale (R² = 0,912), reducând în același timp timpul de analiză la mai puțin de 95 de minute. Cercetătorii au integrat cu succes senzorul cu un cititor portabil compact, de dimensiunea palmei, demonstrând potențialul său pentru diagnosticul la punctul de îngrijire, care ar putea furniza rezultate direct la patul pacientului.
Perspective și dezvoltări viitoare
Park a declarat: „Realizarea cheie a acestui studiu este identificarea selectivă a diferențelor subtile din structurile de zahăr de pe suprafața proteinelor prin reacții enzimatice și conversia precisă a acestor diferențe în semnale electrice. În urma validării clinice suplimentare, ne propunem să dezvoltăm această tehnologie într-un dispozitiv de diagnostic rapid pentru situații de urgență și să o extindem într-o platformă de diagnostic pentru o gamă largă de boli incurabile asociate cu modificări ale glicozilării proteinelor.”
