Исследователи из Индийского института науки (IISc) разработали уникальный люминесцентный зонд, который использует тербий, редкоземельный металл, для обнаружения фермента под названием β-глюкуронидаза. Этот фермент может помочь в выявлении рака печени.
Работа [опубликована](https://aces.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/asia.202401975) в журнале Chemistry – An Asian Journal.
β-Глюкуронидаза: роль в биологии и медицине
β-Глюкуронидаза — это эволюционно законсервированный фермент, который присутствует у всех форм жизни — от микробов до растений и животных. Его основная функция — расщепление сахарной кислоты, называемой глюкуроновой кислотой.
Помимо своего биологического присутствия, этот фермент также служит важным биомаркером рака печени. На самом деле, рост уровня β-глюкуронидазы часто сопровождает рак толстой кишки, молочной железы и почек, а также инфекции мочевыводящих путей и СПИД.
Преодоление ограничений традиционных методов
Традиционные методы колориметрии и флуоресценции для обнаружения таких ферментов часто ограничены чувствительностью или помехами от фоновых сигналов. Способность редкоземельных металлов иметь длительные возбуждённые состояния позволяет фильтровать короткоживущую фоновую флуоресценцию, что приводит к более чёткому сигналу, — говорит Ананъя Бисвас, бывший аспирант IISc и соавтор статьи.
Принцип работы датчика
Основы проекта были заложены почти десять лет назад, начиная с экспериментов команды над ионами металлов и их гелеобразующими свойствами. Команда обнаружила, что ионы тербия в гелевой матрице, полученной из жёлчных солей, могут излучать зелёную флуоресценцию.
В той же гелевой матрице команда добавила органическую молекулу под названием 2,3-ДН (2,3-дигидроксинафталин), «замаскированную» глюкуроновой кислотой. Когда β-глюкуронидаза расщепляет эту модифицированную молекулу, высвобождается 2,3-ДН. Затем исследователи направили на образец ультрафиолетовый свет.
Свободный 2,3-ДН действует как «антенна», поглощая ультрафиолетовый свет и передавая энергию ионам тербия поблизости, что значительно усиливает их зелёное излучение, — объясняет Удай Майтра, почётный профессор кафедры органической химии IISc и автор исследования.
Гелевая матрица обеспечивает достаточную близость между «антенной» и ионами тербия, облегчая эффективную передачу энергии.
Для удобства применения команда разработала этот анализ в виде простого бумажного датчика, закрепив гелевую матрицу на бумажном диске. Когда предварительно обработанный модифицированным 2,3-ДН β-глюкуронидазой диск добавляют, он демонстрирует гораздо более сильное зелёное свечение под ультрафиолетовым светом.
Преимущества нового метода
Уникальность этой методики заключается в анализе. В отличие от традиционных систем обнаружения флуоресценции высокого класса, эти датчики можно анализировать с помощью ультрафиолетовой лампы и ImageJ, программного обеспечения с открытым исходным кодом и свободно доступного, что делает эту методику идеальной для условий с ограниченными ресурсами.
Используя этот протокол, предел обнаружения (LOD) — самая низкая концентрация фермента, которую можно надёжно обнаружить, — составил 185 нг/мл. Для сравнения, уровни β-глюкуронидазы около 1000 нг/мл обычно связаны с началом декомпенсированного цирроза, поздней стадии заболевания печени.
Учитывая, что рак печени ежегодно уносит всё больше жизней, такой технологический прорыв является своевременным и многообещающим. Учитывая широкую клиническую значимость β-глюкуронидазы как биомаркера при различных типах рака, неонатальной желтухе и токсичности, вызванной НПВП, этот датчик предлагает потенциально мощный инструмент для скрининга.
Авторы говорят, что для подтверждения анализа всё равно потребуются клинические исследования. Но они надеются, что такие датчики могут снизить стоимость обнаружения клинически значимых биомаркеров.
Предоставлено [Indian Institute of Science](https://phys.org/partners/indian-institute-of-science/)