Sneller moleculen in bloed meten

In het ziekenhuis nemen ze vaak bloed af om te kijken of je nog gezond bent of te ontdekken wat je ziek maakt. Maar in het laboratorium kunnen ze sommige stoffen nog helemaal niet makkelijk meten. Het kost soms dagen of weken om bijvoorbeeld de gehaltes van bepaalde aminozuren te bepalen, stoffen die we associëren met een bepaalde ziekte. En dat is natuurlijk niet ideaal als je snel wilt ingrijpen. Giovanni Maglia, hoogleraar chemische biologie aan de Rijksuniversiteit Groningen, en zijn collega’s hebben nu een nieuwe methode ontwikkeld om die meting een stuk sneller te maken.

Kleine gaatjes

Maglia baseert zijn systeem op nanoporiën, gaatjes van ongeveer twee of drie nanometer groot die hij maakt met eiwit-tubes in een kunstmatig membraan. Met deze poriën maakte de onderzoeker een systeem om kleine moleculen te detecteren. Je laat bloed langs het membraan stromen, en alleen kleine moleculen die passen komen in de poriën terecht. Daar binden ze aan speciale eiwitten. “We hebben eiwitten uit het membraan van bacteriën gehaald. Deze eiwitten zijn gemaakt om bepaalde moleculen zoals voedingsstoffen te herkennen en te binden, om ze vervolgens door het celmembraan te leiden.”

Een aantal van deze eiwitten wisten de onderzoekers in de poriën te stoppen. En om daadwerkelijk te zien dat die eiwitten aan de moleculen binden, maken de onderzoekers gebruik van een zogenoemde ionenstroom. “We laten een constante stroom door elke porie lopen, die in eerste instantie gelijk blijft. Maar als het eiwit bindt, verandert hij van vorm”, vertelt Maglia. “Dit zorgt ervoor dat de elektrische stroom die door de porie loopt ook verandert.” Deze verandering bleek voor elk molecuul anders. De onderzoekers houden de stroom in elke porie in de gaten en detecteren zo precies welk molecuul aanwezig is. “De eiwitten laten de moleculen ook weer los, dus we zien het signaal schommelen”, legt Maglia uit. “En hoe vaker dit signaal op en neer gaat, hoe vaker het eiwit bindt en hoe hoger de concentratie van een molecuul in het bloed.”

Uitbreiden

In totaal passen zo’n tien tot twaalf van deze eiwitten in een porie, maar volgens Maglia breid je het systeem heel gemakkelijk uit. “We kunnen een membraan maken met wel duizend nanoporiën. Op deze manier meet je dus veel verschillende moleculen met één apparaat. Je hoeft alleen nog maar het bloed langs het membraan laten stromen, en de eiwitten doen het werk.”

Zover is het alleen nog niet. De onderzoekers hebben hun systeem eerst getest met onder andere glucose. “De huidige glucose meters werken met enzymen die een reactie aangaan met de glucose”, zegt Maglia. “Op den duur verliezen deze enzymen hun werking, dus meet je niet meer nauwkeurig. Ons systeem blijkt een stuk robuuster, en blijft langer werkzaam.”