Исследователи из Индийского научного института разработали уникальный люминесцентный зонд, который использует тербий (Tb), редкоземельный металл с атомным номером 65 из группы лантаноидов, для определения присутствия фермента под названием β-глюкуронидаза, ассоциированного с раком печени и другими опасными для жизни патологиями. Работа опубликована в азиатском выпуске журнала The Chemistry.
β-глюкуронидаза — это эволюционно сохраняющийся фермент, который встречается у всех форм жизни — от микробов до растений и животных. Его основная функция заключается в расщеплении глюкуроновой кислоты. Помимо своей биологической «вездесущности» этот фермент также является важным биомаркером рака печени. Повышение уровня β-глюкуронидазы также может быть обусловлено раком толстой кишки, молочной железы и почек, а также инфекциями мочевыводящих путей, СПИДом, гепатитами разной этиологии и циррозом печени.
Традиционные методы колориметрии и флуоресценции для обнаружения таких ферментов часто ограничены чувствительностью или помехами от фоновых сигналов. Способность редкоземельных металлов долго сохранять возбужденные состояния позволяет ученым отфильтровывать короткоживущую фоновую флуоресценцию, что приводит к получению гораздо более четкого сигнала.
История проекта началась почти десять лет назад с экспериментов по изучению ионов редкоземельных металлов и их гелеобразующих свойств. Команда обнаружила, что ионы тербия, заключенные в гелевую матрицу, полученную из желчных солей, могут излучать зеленый свет.
В ту же матрицу команда добавила органическую молекулу под названием 2,3-DHN (2,3-дигидроксинафталин), связанную с глюкуроновой кислотой. Когда β-глюкуронидаза расщепляет эту модифицированную молекулу, высвобождается 2,3-DHN. Затем исследователи осветили образец ультрафиолетовым светом.
Свободный 2,3-DHN действует как своеобразный радар-детектор, избирательно поглощая ультрафиолетовый свет и передавая энергию ионам тербия, находящимся поблизости, что значительно усиливает их зеленое излучение. Гелевая матрица обеспечивает достаточную близость между «антенной» и ионами тербия, способствуя эффективной передаче энергии.
Для простоты применения команда разработала анализатор в виде простого датчика на целлюлозной основе, закрепив гелевую матрицу на диске. При добавлении β-глюкуронидазы, предварительно обработанной модифицированным 2,3-DHN, диск демонстрирует более сильное зеленое свечение в ультрафиолетовом свете.
В отличие от обычных сложных и дорогостоящих систем обнаружения флуоресценции, показания датчиков могут быть проанализированы с помощью простой ультрафиолетовой лампы и программного обеспечения ImageJ, доступного в свободном доступе с открытым исходным кодом, что делает метод идеальным в условиях ограниченных ресурсов.
При использовании предложенного протокола предел обнаружения (самая низкая концентрация фермента, которую можно надежно определить) составил 185 нг/мл. Для сравнения, уровень β-глюкуронидазы около 1000 нг/мл (в 5 с лишним раз больше) обычно связан с началом декомпенсированного цирроза печени.
Учитывая, что рак печени ежегодно уносит все больше жизней, в том числе в странах с невысоким уровнем медицинской диагностики и профилактики, разработка представляется своевременной и многообещающей. Учитывая широкое клиническое значение β-глюкуронидазы в качестве биомаркера различных видов рака, неонатальной желтухи и интоксикаций, вызванных психоактивными веществами, антибиотиками и НПВC, датчик индийских ученых является потенциально мощным инструментом скрининга.
Недавно Hi-Tech Mail рассказал о диагностике уровня натрия в крови без уколов и боли.
