Nízkonákladový biosenzor identifikuje protein spojený s depresí a schizofrenií ve slinách

Brazilští vědci vyvinuli levný přenosný biosenzor, který dokáže rychle identifikovat protein, jehož změněné hladiny jsou spojeny s psychiatrickými poruchami, jako je deprese, schizofrenie a bipolární porucha. Až bude v budoucnu komerčně dostupný, může přispět k včasné detekci, která je nezbytná pro léčbu a sledování klinického stavu pacientů.

Biosenzor je výsledkem partnerství mezi výzkumníky z University of São Paulo (USP) a Embrapa Instrumentação, decentralizovanou jednotkou Brazilské zemědělské výzkumné korporace (Embrapa). Skládá se z ohebného proužku s elektrodami, které – když jsou integrovány s přenosným analyzátorem – vyhodnocují kapky lidských slin. Za méně než tři minuty poskytne biosenzor koncentraci BDNF (odvozeného z mozku neurotrofický faktor), protein rozhodující pro růst a udržování neuronů a vývoj mozkových funkcí, včetně učení a paměti.

výzkum, zveřejněno v ACS Polymers Auukazuje, že zařízení může spolehlivě měřit extrémně nízké koncentrace proteinu v širokém rozsahu slin (od 10⁻²⁰ do 10⁻¹⁰ gramů na mililitr), až po minimální množství, která jsou stále detekovatelná (1,0 × 10⁻²⁰ gramů na mililitr).

Biosenzor má odhadovanou cenu 2,19 USD za jednotku a dlouhodobou skladovací kapacitu. Dalším krokem je podle vědců získání patentu.

„Existuje málo senzorů, které provádějí tento typ analýzy, a náš byl ten, který fungoval nejlépe. Detekoval široký rozsah koncentrací, což je z klinického hlediska velmi dobrý výsledek. Když jsou hladiny proteinů velmi nízké, může to sloužit jako varovný signál pro nemoci a psychiatrické poruchy. Na druhou stranu tím, že je schopen signalizovat zvýšení BDNF, přispívá jako nástroj ke sledování léčby pacienta,“ vysvětluje Raundo Pauleira podle výzkumu pacienta. São Carlos Institute of Physics (IFSC-USP) a odpovídající autor článku.

Pereira, který má zkušenosti v chemii a biotechnologii, pracuje s flexibilními senzory a elektrochemickými biosenzory. V roce 2023 byl jedním z autorů papír v Chemical Engineering Journal která představila výsledky přenosného senzoru pro samotestování moči zaměřeného na detekci markerů onemocnění, jako je dna a Parkinsonova choroba.

Souvislost s poruchami

Vědecká literatura ukazuje, že nízké hladiny BDNF jsou jedním z faktorů podílejících se na některých neurologických a psychiatrické poruchy spojené s kognitivním poklesem. Jednou z takových poruch je deprese. Účinek proteinu obnovují antidepresiva. Zdraví jedinci mají hladiny BDNF vyšší než 20 nanogramů na mililitr (ng/ml), zatímco lidé s velká depresivní porucha (MDD) mají hladiny pod 10 nebo 12 ng/ml.

Podle údajů Světové zdravotnické organizace (WHO) žije více než 1 miliarda lidí s duševními poruchami, přičemž úzkost a deprese jsou nejčastějšími stavy. Podle zpráv organizace, včetně Atlas duševního zdraví 2024výskyt těchto poruch se ve všech zemích zvýšil a postihují lidi všech věkových kategorií a všech úrovní příjmů.

Mezi lety 2022 a 2024 se absence pracovníků kvůli problémům s duševním zdravím v Brazílii zvýšila o 134 %. Podle Observatoře bezpečnosti a ochrany zdraví při práci tyto absence vzrostly z 201 000 na 472 000 a byly způsobeny epizodami deprese, úzkosti a opakující se deprese.

Pereira dodává: „Nárůst případů duševních poruch a následný nárůst užívání léků, zejména po pandemii COVID-19, nás motivoval k práci na tomto problému a hledání alternativ.“

Výzkumníci vyvinuli flexibilní pásek sítotiskem na polyesterový filmový substrát se třemi elektrodami: jednou funkcionalizovanou pracovní elektrodou, jednou pomocnou elektrodou z čistého uhlíku a jednou stříbrnou referenční elektrodou.

Pracovní elektroda byla modifikována uhlíkovými nanokuličkami. Dostala vrstvu dvou chemických sloučenin – polyethyleniminu a glutaraldehydu – pro zvýšení citlivosti a působení jako matrice pro imobilizaci BDNF-specifické záchytné protilátky (anti-BDNF). Aby se zabránilo dalším typům interakce, byla přidána reaktivní vrstva ethanolaminu.

Detekce BDNF je založena na tvorbě imunokomplexů protilátka-antigen, které zvyšují odolnost vůči přenosu elektronů na povrchu senzoru. Tento růst je zachycen elektrochemickou impedanční spektroskopií, technikou používanou ke studiu procesů, které se vyskytují na rozhraní mezi elektrodou a roztokem.

Výsledky lze zobrazit v reálném čase na mobilním zařízení (smartphone) prostřednictvím bezdrátové komunikace (Bluetooth).

Současné techniky používané k analýze hladin BDNF zahrnují enzymový imunosorbentní test (ELISA), elektrochemiluminiscenci, fluorescenci a vysokoúčinnou kapalinovou chromatografii (HPLC). Tyto techniky vyžadují čas, velké objemy vzorků a specializované laboratoře.

„Posouváme se k personalizované medicíně, ve které bude léčba stále více přizpůsobena každému jedinci. V případě biosenzoru může být optimalizován tak, aby vyhovoval různým profilům,“ říká výzkumník.