Elektrochemiczny sensor do detekcji chorób wątroby

Choroby wątroby dosięgają ponad 170 milionów ludzi na całym świecie. Jednym z ich objawów jest wzrost zawartości kwasów żółciowych we krwi. Obecne testy kontroli poziomu kwasów żółciowych wymagają drogiego, nieprzenośnego sprzętu, co stanowi znaczący problem dla chorych, którzy mieszkają daleko od specjalistycznych jednostek medycznych. Naukowcy opracowali proste, elektrochemiczne urządzenie, które może być stosowane do detekcji takich chorób.

Rys.1 Źródło: B. Bartling, L. Li and C. Liu, Analyst, 2009, 134, 973

Brandon Bartling, wraz z grupą naukowców, skonstruował elektrochemiczny sensor kwasów żółciowych, który jest nie tylko przenośny, ale również tani. Na powierzchni elektrody pracującej umocowany jest utleniający enzym (3α – HSD). Zasada pracy czujnika jest następująca: przy potencjale +0,27 V (względem elektrody chlorosrebrowej jako elektrody odniesienia) kwasy żółciowe zostają utlenione przez enzym znajdujący się na powierzchni czujnika z utworzeniem NADH.

W wyniku utlenienia NADH powstaje NAD⁺, a prąd towarzyszący tej przemianie jest proporcjonalny do stężenia kwasów żółciowych. Bartling wykazał, że zaproponowany sensor może być zastosowany do oznaczania całkowitego stężenia kwasów żółciowych. Swoje badania przeprowadził na próbce surowicy bydlęcej zawierającej trzy główne rodzaje ludzkich kwasów żółciowych.

Główną zaletą czujnika jest jego zdolność do selektywnego utleniania NADH w obecności innych związków w próbce. Nie wymaga więc stosowania półprzepuszczalnych membran wykorzystywanych w innych biosensorach, w celu oddzielenia związków utleniających się w warunkach analizy, a tym samym zawyżających wartość mierzonego prądu. Ponadto, czujniki wyposażone w membrany wykazują bardziej skomplikowaną budowę. Dodatkowym problemem jest blokowane porów membran przez substancje obecne w próbce, co prowadzi do zmniejszenia czułości sensora na skutek gromadzenia się produktów reakcji na jego powierzchni.

Odkrycie Bartlinga może posłużyć do opracowania istotnych klinicznie biomarkerów, opartych na tworzeniu się enzymatycznych form NADH do oceny ryzyka występowania chorób sercowo-naczyniowych, czy raka prostaty.