Nanowetenschappers streven ernaar de diagnoses in het ziekenhuis flink te verbeteren. Ze experimenteren met meetinstrumenten die ziektes in een sneller stadium herkennen. Zo kan de aanwezigheid van bepaalde eiwitten in je bloed duiden op een infectie van een virus. Met een techniek die zulke eiwitten herkent, kun je sneller aantonen dat iemand dit virus heeft. Een biosensor – een apparaat dat specifieke moleculen kan herkennen – is een voorbeeld van zo’n techniek.

Geknutseld

Een groep van Amerikaanse en Chinese wetenschappers heeft nu een biosensor in elkaar geknutseld op basis van koolstofnanobuisjes – een opgerold velletje koolstofatomen 300 keer dunner dan een haar. De echte kracht van de sensor zit hem echter in een techniek dat in het Engels molecular imprinting wordt genoemd, het maken van een sjabloon in een laag polymeer waar bepaalde moleculen precies in passen. Het doet denken aan het sleutel-slot-principe bij de werking van enzymen (zie kader ‘Als een sleutel in het slot’).

Als een sleutel in het slot

Enzymen hebben een katalyserende werking: ze versnellen of vertragen een reactie, of maken deze überhaupt mogelijk. Dat doen ze heel specifiek, elk enzym kan één soort reactie katalyseren. De ruimtelijke bouw van het enzym bepaalt welke. De holte van een enzym is zo vormgegeven dat er slechts één stof inpast. Als een sleutel in het slot zeg maar.

De onderzoekers groeiden de koolstofnanobuisjes op een substraat van glas, zodat een soort bos van buisjes ontstond. De bovenkant van de buisjes bedekten ze met een dun laagje polymeer. Dit polymeer bevat de sjablonen voor specifieke eiwitten, als ontbrekende puzzelstukjes in een legpuzzel.

Om dit ‘apparaat’ daadwerkelijk als sensor te kunnen gebruiken, moet er een manier zijn om te wéten dat een eiwit is gekoppeld aan het polymeer op een nanobuis. Daar hebben de onderzoekers iets op bedacht. De elektrische weerstand van het polymeer bleek namelijk afhankelijk te zijn van de koppeling van een eiwit: bij geen eiwit – en dus een open gat – was de weerstand laag en als een gat werd opgevuld door een eiwit ging de weerstand omhoog (zie ook het plaatje hieronder).

In schema de werking van de biosensor. In de linkerkolom het bouwen van de sensor, van het groeien van de buisjes (zwart) tot het ‘lakken’ van de bovenkant met het polymeer (rood). In de rechterkolom de werking. Eerst worden de eiwitten (blauw) in het polymeer gedrukt (imprinted in het Engels), zodat een sjabloon ontstaat. Als de eiwitten verwijderd worden is de weerstand laag. Zodra de eiwitten vervolgens koppelen, schiet de weerstand weer omhoog.

Nature Nanotechnology

Real time

De onderzoekers hebben de biosensor voor drie verschillende eiwitten getest, en niet de meest onbenullige. Zo deden ze metingen aan het eiwit ferritine, dat een rol speelt bij de ijzeropslag voor het bloed. Te weinig ferritine duidt op bloedarmoede. Ook testten ze de sensor voor het zogenaamde E7-eiwit, dat wordt aangemaakt door het Humaan Papillomavirus, ofwel HPV-virus. Dit virus kan baarmoederhalskanker veroorzaken en haalde afgelopen tijd nogal eens het nieuws met het gedoe rondom de vaccinaties bij jonge meisjes.

Het DNA van het het HPV-virus codeert voor 9 verschillende eiwitten, waarvan de zogeheten E5, E6 en E7-eiwitten als eerste worden gemaakt. Als je de aanwezigheid van E7 meet, duidt dit dus op een infectie van het HPV-virus.

Volgens de onderzoekers werkt de sensor direct en in ‘real time’, dus continu. Naast vaststellen of een eiwit aanwezig was, konden ze ook de concentratie meten, tot in de orde van picogram (een biljoenste van een gram) per liter. Dat is veel gevoeliger dan de huidige analysetechnieken (die bovendien soms dagen of weken in beslag nemen). De onderzoekers denken daarom dat deze sensor een alternatief is om het HPV-virus of andere virussen snel aan te tonen in patiënten, zodat diagnoses eerder gemaakt kunnen worden.

Hoofdonderzoeker Dong Cai, van het Amerikaanse Boston College, denkt dat we de sensor over een jaar of vijf kunnen vinden in het ziekenhuis. Daartoe moet wel eerst het apparaat geschikt gemaakt worden voor gebruik door artsen. Nu is het nog een prototype voor experimenten. Verder wil het team de sensor testen voor andere virussen of stoffen die ziektes kunnen aantonen.

Lees meer over bio- of nanosensoren op Kennislink:

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/biosensor/nanosensor/index.atom", “max”=>"5", “detail”=>"normaal"}