Op basis van kleurverandering weten of er een biomarker aanwezig is en aan de verhouding van het licht de concentratie daarvan kwantificeren. Dat is zeer in het kort de basis van het RAPPID-testplatform. De sensor kan worden ingezet voor screenings, met de nauwkeurigheid van laboratoriumtest, maar met de snelheid van point of care tests.
De ideale combinatie dus. Er moet echter nog veel werk worden verricht voordat dit nieuwe testplatform beschikbaar komt voor het grote publiek. Maar het bestaat dus al wel. Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven en de Universiteit Utrecht hebben dit nieuwe type sensor ontwikkeld die de gevoeligheid en nauwkeurigheid van huidige laboratorium-gebaseerde metingen combineert met de snelheid van zelftesten en poct’s.
Bioluminescentie
De nieuwe sensor gebruikt een “glow-in-the-dark”-signaal om de aanwezigheid van kleine hoeveelheden eiwitten en anti-drug-antilichamen aan te geven. Dat gaat verder dan bijvoorbeeld een covid-zelftest die alleen positief of negatief aangeeft.
Bioluminescentie vormt sleutel tot het detecteren en aangeven van de aanwezigheid van biomarkers of moleculen. Bioluminescentie is het proces dat organismen zoals vuurvliegjes gebruiken om licht te produceren. De nieuwe sensor is daarop gebaseerd. Als een bepaald eiwit of antilichaam in het monster aanwezig is, gaan speciale eiwitten, luciferase-enzymen genaamd, licht uitzenden.
Een cruciaal onderdeel van de nieuwe sensor is dat hij altijd licht uitzendt via bioluminescentie. Onderzoekers zien aan de hand een kleurverandering in het uitgezonden licht dat er een biomarker is gedetecteerd. Het betreft een soort moleculair verkeerslicht. Wanneer het apparaat geen interessante biomarkers bevat, zendt één type luciferase enzym groen licht uit. Het zendt dus altijd groen licht uit, en dat wordt niet beïnvloed wanneer een monster met biomarkers wordt toegevoegd.
Het blauwe monster
Het tweede luciferase enzym maakt het verschil. Dit is gesplitst in twee delen. Elk deel op zich doet niets. Het enzym wordt pas actief als de twee delen worden samengevoegd. Elk deel van het luciferase is chemisch verbonden met een paar antilichamen die verschillende delen van een biomarker herkennen. Wanneer een biomarker aanwezig is in een testmonster, binden de antilichamen zich aan de biomarker, en in het proces brengt dit de twee delen van het luciferase samen, wat leidt tot de emissie van blauw licht. Om de concentratie van de biomarker te kwantificeren, wordt de verhouding tussen het blauwe en het groene licht gemeten. Hoe meer blauw licht zichtbaar is, hoe groter de concentratie biomarkers in het monster.
Brede scala aan toepassingen
Dit staat bekend als ratiometrische detectie. Dat komt tot uiting in de naam van de testaanpak RAPID – ratiometric plug-and-plug immunodiagnostics. De onderzoekers testten de nieuwe detectieaanpak op verschillende biomarkers om bacteriële en virale infecties op te sporen. Dit vondt plaats met behulp van 40 patiëntenmonsters in samenwerking met het Rijnstate ziekenhuis.
Het RAPID-testplatform is snel, en het kan worden gebruikt in combinatie met een smartphone. Daardoor heeft potentieel om door iedereen en overal te worden gebruikt. En vooral: voor een breed scala van toepassingen, zoals snelle screening en tests, voor therapeutische antilichaam-geneesmiddel monitoring in verband met aandoeningen (zoals reumatoïde artritis en inflammatoire darmziekten) en voor de snelle detectie van infectieziekten.
Financiering
Het onderzoeksteam ontving voor dit werk financiering van het TU/e COVID19 Universiteitsfonds, de European Research Council (ERC) en de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO).
Meer informatie
Wilt u meer weten over deze innovatieve moleculaire verkeerslicht-sensor? Op de site van TU Eindhoven wordt de werking met illustraties helder uitgelegd. Zie ook het artikel in Nature Communications, A plug-and-play platform of ratiometric bioluminescent sensors for homogeneous immunoassays.
