Новый электрохимический хемосенсор для быстрой диагностики идиопатического легочного фиброза

Ученые из Института физической химии Польской академии наук (Варшава, Польша) и Национального университета Гаосюна (Гаосюн, Тайвань) разработали новый метод для быстрой и эффективной диагностики смертельного легочного заболевания — идиопатического легочного фиброза (ИЛФ).

Проблема диагностики ИЛФ

ИЛФ — это хроническое заболевание, вызывающее фиброз легких с летальным исходом. Его основные симптомы (сухой кашель и одышка) характерны для множества других нарушений, что часто приводит к ошибочному диагнозу и затягиванию точной диагностики, критически влияя на качество жизни пациента.

Решение: определение биомаркеров

Один из перспективных подходов — отслеживание специфических биомаркеров болезни. Для ИЛФ таким биомаркером является матриксная металлопротеиназа-1 (MMP-1), которая расщепляет фибриллярные коллагены в дыхательных путях. Однако быстрый мониторинг MMP-1 в жидкостях организма остается сложной задачей.

Разработка хемосенсора

Исследователи создали электрохимический хемосенсор для селективного, быстрого и эффективного определения MMP-1. В его основе лежит метод молекулярного импринтинга в полимерах (MIP).

Конструкция сенсора:

  1. Основа: Прозрачный электрод из стекла, покрытый проводящим оксидом индия-олова (ITO).
  2. Полимерная пленка: На электрод нанесли молекулярно-импринтированный полимер poly(TPARA-co-EDOT), созданный из двух мономеров: EDOT и TPARA.
  3. Шаблон: В качестве шаблона для импринтинга использовали не целый белок MMP-1, а его пептидный эпитоп — меньшую и более стабильную молекулу.
  4. Улучшение: Полимерную матрицу допировали хлопьями MoS2 (средний размер 0.6−1.5 мкм).

После формирования полимера шаблон (пептидный эпитоп) удалили, оставив в полимере молекулярные полости, точно соответствующие целевой молекуле по форме и размеру.

Ключевое преимущество MoS2

Допирование полимера двумерным материалом MoS2 значительно улучшило характеристики сенсора.

Д-р Пиюш С. Шарма: "По сути, это допирование удвоило электрохимический отклик (над фоновым уровнем) на целевой биомаркер белка MMP-1".

Точность и перспективы

Производительность электрода с покрытием из допированной MoS2 пленки сопоставима с последними литературными данными.

Проф. Владимир Кутнер: "Электрод использовали для определения MMP-1 в культуральной среде генетически модифицированных клеток HEK293T. По сравнению с коммерческим иммуноферментным анализом (ELISA) его точность была высокой".

Исследование, подробно описанное в ACS Applied Nano Materials, открывает перспективы для мониторинга развития хронических прогрессирующих заболеваний с неизвестной этиологией, включая ИЛФ. Разработанная концепция хемосенсора может быть адаптирована и для диагностики других заболеваний в рамках персонализированной медицины.