Para ilmuwan mengembangkan sensor deteksi dini penyakit Alzheimer

Ilustrasi skema konsep operasi sensor sitokin. a Sejumlah kecil serum darah dijatuhkan ke area penginderaan. b Sensor sitokin terdiri dari kristal MoS2 geometri asimetris yang dihubungkan oleh dua elektroda logam. Inset menunjukkan diagram yang diperbesar dari area penginderaan yang menunjukkan bagaimana sitokin TNF-α terikat pada reseptor aptamer pada oksida, membentuk struktur G-quadruplex dan membawa sitokin bermuatan lebih dekat ke permukaan sensor. c Perubahan densitas muatan permukaan menginduksi perubahan perilaku rektifikasi listrik dioda MoS2 yang diamati dalam pengukuran arus-tegangan (I–V). Kredit: Komunikasi Alam (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35278-2

Peneliti dengan SFU Nanodevice Fabrication Group sedang mengembangkan biosensor baru yang dapat digunakan untuk menyaring penyakit Alzheimer dan penyakit lainnya. Tinjauan tentang pekerjaan mereka baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Nature Communications.

Sensor mereka bekerja dengan mendeteksi jenis protein kecil tertentu, dalam hal ini sitokin yang dikenal sebagai Tumor Necrosis Factor alpha (TNF alpha), yang terlibat dalam peradangan di dalam tubuh. Tingkat sitokin yang tidak normal telah dikaitkan dengan berbagai macam penyakit termasuk penyakit Alzheimer, kanker, penyakit jantung, autoimun, dan penyakit kardiovaskular.

TNF alpha dapat bertindak sebagai biomarker, karakteristik terukur yang menunjukkan status kesehatan.

COVID-19 juga dapat menyebabkan reaksi peradangan yang dikenal sebagai “badai sitokin”, dan penelitian menunjukkan bahwa penghambat sitokin adalah pengobatan yang efektif untuk meningkatkan peluang bertahan hidup.

“Tujuan kami adalah mengembangkan sensor yang tidak terlalu invasif, lebih murah, dan lebih mudah digunakan daripada metode yang ada,” kata Asisten Sains Teknik Profesor Michael Adachi, salah satu pemimpin proyek.

“Sensor ini juga kecil dan berpotensi ditempatkan di ruang praktik dokter untuk membantu mendiagnosis berbagai penyakit, termasuk penyakit Alzheimer.”

Adachi mengatakan bahwa ada sejumlah metode untuk mendeteksi protein biomarker seperti enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) dan spektrometri massa, tetapi mereka memiliki beberapa kelemahan. Metode yang ada ini mahal, sampel harus dikirim ke laboratorium untuk pengujian dan butuh satu hari atau lebih untuk menerima hasilnya.

Dia mencatat bahwa biosensor mereka sangat sensitif dan dapat mendeteksi alfa TNF dalam konsentrasi yang sangat rendah (10 fM)—jauh di bawah konsentrasi yang biasanya ditemukan dalam sampel darah sehat (200–300 fM).

Tes skrining saat ini untuk penyakit Alzheimer mencakup kuesioner untuk menentukan apakah orang tersebut memiliki gejala, pencitraan otak, atau proses keran tulang belakang yang melibatkan pengujian protein biomarker dalam cairan tulang belakang serebral dari calon pasien.

Tim telah menyelesaikan tahap proof-of-concept, membuktikan bahwa sensor dioda dua elektroda efektif dalam mendeteksi alfa TNF di lingkungan laboratorium. Mereka berencana untuk menguji biosensor dalam uji klinis untuk memastikannya dapat secara efektif mendeteksi protein biomarker dalam sampel darah yang mengandung banyak protein pengganggu dan zat lain yang berbeda.

“Kami akan terus menguji kemampuan perangkat untuk mendeteksi protein yang sama dengan menggunakan cairan tubuh seperti sampel darah,” kata ilmu teknik Ph.D. mahasiswa Hamidreza Ghanbari. “Tujuan lainnya adalah menggunakan perangkat yang sama tetapi reseptor yang berbeda untuk mendeteksi protein yang lebih spesifik untuk penyakit Alzheimer.”

Para peneliti juga telah mengajukan aplikasi paten sementara ke Technology Licensing Office (TLO) di SFU. Proyek ini menggunakan pendekatan interdisipliner yang menggabungkan kepemimpinan dari Adachi di bidang Ilmu Teknik dan profesor Karen Kavanagh di Departemen Fisika dan Miriam Rosin di bidang Fisiologi dan Kinesiologi Biomedis (BPK).

“Kami perlu memastikan setiap sensor dibuat persis sama dengan toleransi yang diperlukan untuk konsentrasi yang kami coba prediksi atau deteksi, dan itulah tantangan sebenarnya,” kata Kavanagh.

Bagaimana itu bekerja

Kavanagh mengatakan sensor mereka bergantung pada sifat dari jenis semikonduktor yang sedang dipelajari untuk sifat dua dimensi (2D), molibdenum disulfida (MoS2). Senyawa ini memiliki sifat yang berbeda dibandingkan dengan semikonduktor umum, silikon atau gallium arsenide (GaAs), yang jauh lebih banyak digunakan dan dipahami dengan baik.

Thushani De Silva adalah lulusan Magister Ilmu Teknik yang mengerjakan proyek tersebut dan menekankan bahwa perangkat tersebut didasarkan pada pengukuran kelistrikan.

“Pada dasarnya, kami memiliki semikonduktor di area penginderaan dan ketika protein yang ditargetkan berinteraksi dengan sensor, itu mengubah keluaran sinyal listrik,” jelasnya. “Dengan mengukur perubahan ini, kita bisa mengukur konsentrasi protein yang ada dalam cairan tubuh.”

Tim tersebut menggunakan jenis bahan nano yang disebut bahan dua dimensi, yang berpotensi tipis secara atomik dan digunakan sebagai lapisan penginderaan. Urutan DNA yang disebut aptamers diterapkan di atas bahan 2D ini.

Setelah protein biomarker dimasukkan ke permukaan sensor, hal itu menyebabkan perubahan kecil pada sifat kelistrikan. Dengan melihat keluaran listrik dari lapisan penginderaan, mereka dapat menentukan konsentrasi protein biomarker ini dalam larutan sederhana.

Informasi lebih lanjut: Thushani De Silva dkk, Sensor sitokin cepat ultrasensitif berdasarkan geometri asimetris dioda MoS2 dua dimensi, Komunikasi Alam (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35278-2

Disediakan oleh Universitas Simon Fraser

Kutipan: Ilmuwan yang mengembangkan sensor deteksi dini penyakit Alzheimer (2023, 18 Januari) diambil 18 Januari 2023 dari https://medicalxpress.com/news/2023-01-scientists-early-alzheimer-disease-sensor.html

Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.