Силикатные нанобусины создают быстрый ферментный сенсор

Протеазы — важное семейство ферментов, участвующих во многих ключевых биохимических процессах, включая метастатическое распространение раковых клеток из первичной опухоли.

Из-за важности этих ферментов при различных заболеваниях исследователи разработали множество сенсоров для протеаз, но лишь немногие достаточно чувствительны для мониторинга активности протеаз в реальном времени — как в организме, так и в клинически полезных диагностических анализах. Новый анализ с использованием силикатных нанобусин, по-видимому, преодолевает это ограничение.

Исследователи опубликовали свою работу в журнале Sensors and Actuators B.

Шила Грант, Ph.D., из Университета Миссури, Колумбия, и коллеги использовали физический эффект, известный как флуоресцентный резонансный перенос энергии (FRET), для создания нового сенсора. FRET — это процесс, при котором одна молекула поглощает световую энергию и передает её соседней молекуле, которая затем высвобождает энергию в виде флуоресцентного света. Если пара молекул физически разделяется, FRET не происходит, и флуоресцентный сигнал исчезает.

В этой работе исследователи закрепили два компонента системы FRET на поверхности силикатной нанобусины с помощью небольшой молекулы пептидного линкера, которую может расщепить заданная протеаза. В данном случае исследователи синтезировали пептидные линкеры, расщепляемые ферментом трипсином. В качестве контроля исследователи также прикрепили компоненты FRET к силикатным нанобусинам с помощью пептида, который трипсин не может расщепить. Большая площадь поверхности силикатных нанобусин позволила исследователям прикрепить сотни FRET-пар к каждому сенсору-нанобусине, что обеспечило яркую флуоресценцию бусины в отсутствие трипсина.

Однако когда исследователи добавили трипсин в раствор с нанобусинами, они наблюдали резкое снижение флуоресценции в течение двух минут. Как и ожидалось, флуоресценция контрольных нанобусин оставалась стабильной. Сенсорные нанобусины смогли обнаружить концентрацию трипсина всего в 12 микрограммов фермента на миллилитр раствора, что хорошо укладывается в диапазон, полезный для клинических измерений. Тем не менее, исследователи отмечают, что разрабатывают новые линкеры, которые должны ещё больше повысить чувствительность этого анализа.

Эта работа подробно описана в статье «Development of a protease biosensor utilizing silica nanobeads». Статья была опубликована онлайн до выхода печатного издания. Аннотация доступна на сайте журнала.