Nowe bioczujniki pomagają w kontrolowaniu fenyloketonurii
Fenyloketonuria to rzadka wada wrodzona, która polega na upośledzeniu metabolizmu aminokwasu o nazwie fenyloalanina. Nieleczona choroba może prowadzić do niepełnosprawności intelektualnej, drgawek, zaburzeń psychicznych i problemów behawioralnych. Jednak jeśli choroba zostanie wcześnie wykryta dzięki programom badań przesiewowych noworodków, można ją kontrolować, stosując ścisłą dietę. Niestety ze względu na rzadkie występowanie choroby, a także stopień skomplikowania badań i wysokie koszty sprzętu laboratoryjnego, wiele szpitali w krajach rozwijających się nie prowadzi regularnych badań przesiewowych w kierunku fenyloketonurii. Sprawę dodatkowo komplikuje fakt, że monitorowanie poziomów fenyloalaniny we krwi w warunkach domowych nie jest na razie możliwe. Sponsorowany przez ERBN projekt LABPATCH (Lab-in-a-patch for PKU self-assessment) ma na celu to zmienić za sprawą opracowania opartych na enzymach bioczujników, dzięki którym można łatwo oznaczyć poziom fenyloalaniny – głównego wskaźnika fenyloketonurii. „Dzięki obniżeniu kosztów materiałów wykorzystywanych w pomiarach bioczujniki LABPATCH będą dostępne dla szpitali i pacjentów w krajach rozwijających się”, mówi Paul Soto, badacz uczestniczący w projekcie.
Dwa innowacyjne bioczujniki
Korzystając z prac nad bioczujnikami prowadzonych podczas poprzedniego finansowanego przez UE projektu, LT-NRBS, badacze w projekcie LABPATCH opracowują obecnie spektrofotometryczny bioczujnik enzymatyczny oraz bioczujnik elektrochemiczny. Jeśli chodzi o pierwszy z nich, testy enzymatyczne mające na celu pomiar stężenia L-fenyloalaniny są przeprowadzane z wykorzystaniem 96-dołkowych płytek. Dzięki temu próbki pochodzące od wielu pacjentów mogą być analizowane jednocześnie i z dużą wydajnością, co z kolei pozwala na częstsze monitorowanie poziomów fenyloalaniny. „Bioczujnik wykazuje wysoką czułość w fizjologicznym zakresie stężeń L-fenyloalaniny, co oznacza, że jest on w stanie wykryć poziom L-fenyloalaniny świadczący o początku fenyloketonurii”, wyjaśnia uczestnicząca w projekcie badaczka Morgane Valles. „Bioczujnik wykorzystuje enzymy unieruchomione, co zwiększa jego trwałość, łatwość stosowania i przyczynia się do obniżenia kosztów”. Jeśli chodzi o bioczujnik elektrochemiczny, pacjent nosi go w domu w postaci plastra. Plaster ten zawiera elektrody modyfikowane z wykorzystaniem bioreceptorów selektywnych wobec fenyloalaniny, które automatycznie wykrywają poziom fenyloalaniny w pocie pacjenta w sposób nieinwazyjny i niewymagający wiedzy medycznej ani kosztownego sprzętu. Plaster jest podłączony do zminiaturyzowanego urządzenia sterującego umożliwiającego obsługę elektrod oraz bezprzewodowy przesył danych do urządzenia zewnętrznego (np. smartfona lub tabletu). Bioczujniki LABPATCH przetestowano na anonimizowanych próbkach ludzkiej krwi zawierających różne stężenia fenyloalaniny – uzyskane wyniki udawało się powtarzać dla różnych serii próbek.
Zwiększanie dostępności wczesnego wykrywania
Za sprawą opracowania tanich i łatwych w użyciu bioczujników projekt LABPATCH ma dużą szansę wpłynąć w sposób istotny na wykrywanie fenyloketonurii w krajach rozwijających się. „Zazwyczaj stężenia fenyloalaniny we krwi są analizowane wyłącznie w specjalistycznych laboratoriach i z częstotliwością raz lub dwa razy w miesiącu”, mówi uczestniczący w projekcie badacz Rafael Artuch. „Ale dzięki LABPATCH pacjenci będą mogli kontrolować poziomy fenyloalaniny w domu, zapewniając lekarzom dane potrzebne do lepszego kontrolowania choroby”. Pomimo tych sukcesów badacze uczestniczący w projekcie zauważają, że pewne elementy wymagają jeszcze poprawy. W szczególności dotyczy to powtarzalności, jak również niestabilności chemicznej i termicznej bioczujników. „Te charakterystyczne dla opartych na enzymach bioczujników wady technologiczne można złagodzić dzięki nadaniu bioczujnikom odpowiednich cech oraz poprzez inżynierię białkową”, dodaje Soto. „Takie udoskonalenia będą głównym tematem kolejnej fazy projektu”.
Słowa kluczowe
LABPATCH, bioczujnik, fenyloketonuria, fenyloalanina, L-Phe, LT-NRBS, spektrofotometryczny bioczujnik enzymatyczny
