13.04.2023
Elektronischer Biosensor als Alternative zum Antikörpernachweis
Ein Forschungsteam hat einen elektronischen Biosensor entwickelt, der mit Hilfe von DNA-Aptameren und ohne weiteren Reagenszusatz Biomarker für Krankheiten in Vollblut nachweisen kann.
Die synthetischen DNA-Stränge erkennen den Biomarker genauso gut wie Antikörper, sind aber einfacher herzustellen und besser anpassbar. Bei einfacher Handhabung wies der neue Sensor geringste Mengen eines Markerproteins für Herz-Kreislauf-Erkrankungen nach, ohne dass das Blut aufbereitet werden musste.
Neue diagnostische Methoden zielen darauf ab, Krankheiten durch Bluttests auf Krankheitsmarker direkt nachzuweisen, ohne dass die Probe in einem Speziallabor analysiert werden muss.
Shana O. Kelley von der Universität Toronto (Kanada) und Kollegen haben für diese Aufgabe einen einfachen, chipbasierten Sensor entwickelt, der nach einem chronoamperometrischen Prinzip Markerproteine in komplexen Proben detektieren kann. Das nanoskalige Bauelement funktioniert nach dem Prinzip eines molekularen "Pendels", eines DNA-Strangs auf einer Elektrode: Gemessen wird die Beladung des Pendels mit einem Protein, das die Pendelbewegung verändert.
Normalerweise erfüllen Antikörper die Aufgabe, bestimmte Markerproteine aus einer komplexen Mischung herauszufischen und zu binden. Allerdings sind Antikörper von ihrer Zusammensetzung her selbst Proteine und eher aufwändig herzustellen. Kelley und Kollegen haben nun anstelle von Antikörpern DNA-Aptamere auf Biomarkerjagd geschickt.
DNA-Aptamere sind synthetische kurze DNA-Stücke, die aufgrund ihres räumlichen Aufbaus ebenso wie Antikörper Proteine erkennen und binden können, deren Struktur aber besser berechnet werden kann. "Unter allen natürlichen oder synthetischen Molekülen besitzt DNA die am besten vorhersagbaren und am einfachsten zu programmierenden Wechselwirkungen," schreibt das Team. Kelley und ihre Kollegen stellten ein DNA-Aptamer her, das spezifisch das nutriuretische Protein vom B-Typ (BNP) anzeigt, einen Biomarker für Herz-Kreislauf-Erkrankungen.
Dieses BNP-spezifische Aptamer verknüpften die Forschenden mit dem molekularen Pendel. Der vollständige Biosensor wies BNP auch in komplexen Mischungen wie etwa unverarbeitetem Vollblut von Herzpatienten nach. Da die Empfindlichkeit die gleiche war wie bei dem entsprechenden Biosensor auf Antikörper-Basis, schlagen Kelley und Kollegen vor, DNA-Aptamere verstärkt für die Labor-unabhängige molekulare Diagnostik zu untersuchen und einzusetzen.
Quelle: Angewandte Chemie