Razvoj občutljivih in selektivnih imunosenzorjev z uporabo 2D-nanomaterilov na osnovi MXenov za zgodnjo in hkratno detekcijo več biomarkerjev raka prostate
Temeljni raziskovalni projekt: ARRS J1-50019
Vodja projekta: dr. Samo Hočevar
OPIS PROJEKTA
Rak prostate je vrsta raka, ki se razvije v prostati, majhni žlezi v obliki oreha v moškem reprodukcijskem sistemu. Približno 17 % moških bo nekoč v življenju diagnosticirano s to boleznijo. Rak prostate se običajno razvija počasi in morda ne kaže simptomov v zgodnjih fazah, zato ga pogosto imenujejo "tihi morilec".
Tipični biomarkerji za raka prostate so molekule na osnovi beljakovin, ki se uporabljajo za razlikovanje med benignimi in malignimi oblikami raka, za oceno tveganja za raka, kot napovedni dejavnik za določeno terapijo in kot prognostični indikator ponovitve. Prostata-specifični antigen (PSA) je prednostni biomarker za diagnosticiranje in odkrivanje raka prostate. Med številnimi drugimi biomarkerji, ki kažejo na napredovanje raka, se PSMA, IL-6 in PF-4 pogosto uporabljajo kot ciljni analiti v kombinaciji s testiranjem PSA. Čeprav lahko te molekule zdravniku bistveno pomagajo pri odločanju, je njihovo dolgotrajno določanje odvisno predvsem od centralnih laboratorijskih preiskav. Zaradi tega je stalno spremljanje biomarkerjev raka, kot so PSA in drugi, ključnega pomena za uspešno razlikovanje potencialno smrtne bolezni od drugih benignih stanj.
Elektrokemijske metode so se že izkazale kot učinkovita orodja za številne aplikacije v imunosenzoriki. V tem projektu bomo razvili impedimetrične imunosenzorje za enkratno uporabo za občutljivo, selektivno in multipleksno detekcijo PSA na kraju samem in spremljajočih proteinskih biomarkerjev, kot so PSMA, IL-6 in PF-4. Imunosenzorji bodo temeljili na osnovnih tiskanih elektrodnih sistemih z več delovnimi elektrodami, ki vključujejo tudi integrirano enoto za negativno kontrolno. V senzorski arhitekturi bomo izkoristili atraktivne fizikalno-kemijske lastnosti MXenov, kot so visoka kovinska prevodnost, hidrofilnost, biokompatibilnost in velika elektrokatalitska površina. Namen vključitve takšnih nanomaterialov je izboljšati impedimetrični elektroanalizni signal, ki je posledica dogodka vezave med bioprepoznavnimi elementi in ciljnimi biomarkerji.
Preučevali bomo različne MXene in njihovo depozicijo na površino osnovne elektrode, čemur bo sledila imobilizacija bioprepoznavnih elementov (protiteles) na elektrodah, ki smo jih predhodno modificirali z MXeni. Uporabili bomo orientirano imobilizacijo protiteles preko Fc-vezavnih domen, npr. s proteinom A. Raziskali bomo različne strategije za imobilizacijo proteina A, kot je tanek film Nafiona z vgrajenimi MXeni in glutaraldehidom, pri čemer služi slednji kot zamreževalec za protein A. Poleg tega bosta raziskana tudi želatina in polimetil metakrilat, kjer slednji zagotavlja vezavna mesta za nadaljnje modifikacije pod kontroliranimi pH pogoji. Posebna pozornost bo namenjena strategijam ojačanja signala za izboljšanje občutljivosti imunosenzorjev. Interakcija protitelesa in biomarkerja bo proučevana glede na (i) impedimetrično detekcijo v prisotnosti zunanje (v raztopini) ali integrirane redoks sonde, pri čemer je slednja vgrajena neposredno v senzorsko membrano, bodisi v kombinaciji s plastjo MXena ali kot ločena entiteta na površini osnovne elektrode; (ii) selektivno vezavo neoznačenega sekundarnega protitelesa in impedimetrično detekcijo v prisotnosti zunanje ali integrirane redoks sonde; (iii) selektivno vezavo sekundarnega protitelesa, označenega z zvrstjo z relativno visoko molekulsko maso, in impedimetrično detekcijo kot v (i) in (ii), in (iv) selektivno vezavo označenega (z redoks-aktivno zvrstjo) sekundarnega protitelesa in impedimetrično detekcijo brez zunanje ali predhodno integrirane redoks sonde.
V zaključni fazi projekta bodo imunosenzorji optimizirani in validirani, tako da bodo izpolnjevali zahteve terenske uporabe, vključno z multipleksno detekcijo najpomembnejših napovednih biomarkerjev zgodnje faze raka prostate, znotraj klinično pomembnih koncentracijskih območij, v realnih vzorcih seruma in/ali urina.
TRAJENJE PROJEKTA: 01.10.2023-30.09.2026
OBSEG FINANCIRANJA: 2017 C ur letno
PROJEKTNA SKUPINA
- dr. Samo Hočevar, KI
- dr. Mojca Benčina, KI
- dr. Nikola Tasić
- dr. Tjaša Plaper
- dr. Kristijan Vidović
- dr. Dino Metarapi
- Alnilan C. Barros Lobato
FAZE PROJEKTA IN REALIZACIJA
DS 1. IZBOR OSNOVNIH ELEKTROD IN NJIHOVA PREDPRIPRAVA
DS 2. IZBOR, ELEKTROKEMIJSKA KARAKTERIZACIJA IN STABILIZACIJA MXENOV
DS 3. MODIFIKACIJE OSNOVNIH ELEKTROD Z MXENI
DS 4. VKLJUČITEV PROTITELES NA ELEKTRODE MODIFICIRANE Z MXENI IN PROTOKOLOV ZA OJAČITEV SIGNALA
DS 5. IMUNOSENZORIKA IN VALIDACIJA
DS 6. UPRAVLJANJE