由化學(xué)生物學(xué)副教授Giovanni Maglia領(lǐng)導(dǎo)的格羅寧根大學(xué)科學(xué)家設(shè)計了一種納米孔系統(tǒng)，能夠在幾秒鐘內(nèi)同時測量各種生物體液中的不同代謝物。電氣輸出信號可輕松集成到電子設(shè)備中，用于家庭診斷。結(jié)果發(fā)表在Nature Communications上。

測量體內(nèi)的許多代謝物或藥物是復(fù)雜且耗時的，并且通常不可能進行實時監(jiān)測。通過單個納米孔的離子電流正在成為標(biāo)準(zhǔn)生化分析的有前途的替代品。納米孔已經(jīng)集成到便攜式裝置中以確定DNA序列。“但是，基本上不可能使用這些納米孔來特異性識別復(fù)雜生物樣本中的小分子”，Maglia說。

傳感器

一年前，Maglia演示了如何使用納米孔來識別蛋白質(zhì)和多肽的“指紋”，甚至可以區(qū)分出一種氨基酸不同的多肽。現(xiàn)在，他已經(jīng)調(diào)整了這個系統(tǒng)來識別生物體液中的小分子。為此，他使用了一個更大的圓柱形納米孔，并添加了底物結(jié)合蛋白。'細(xì)菌使數(shù)百種這些蛋白質(zhì)結(jié)合底物，以便將它們運輸?shù)郊?xì)胞中。這些蛋白質(zhì)的特性已經(jīng)發(fā)展了數(shù)十億年。

Maglia使結(jié)合蛋白適應(yīng)納米孔內(nèi)部。如果蛋白質(zhì)然后與其底物結(jié)合，則其改變其構(gòu)象。這反過來又改變了通過孔隙的電流。Maglia解釋說，我們正在使用結(jié)合蛋白作為電傳感器來檢測基質(zhì)的單個分子?？梢詫⒖捉Y(jié)合到標(biāo)準(zhǔn)裝置中，該裝置同時分析數(shù)百個單獨孔的電流。為此，科學(xué)家們正在與這種技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者Oxford Nanopores合作。

血，汗和尿

通過添加兩種對葡萄糖和氨基酸天冬酰胺特異的底物結(jié)合蛋白，Maglia能夠在一分鐘內(nèi)從一滴血液中獲得兩者的讀數(shù)。他說，可以使用實時葡萄糖傳感器，但天冬酰胺分析通常需要數(shù)天。Maglia的方法適用于血液，汗液，尿液或任何其他體液，無需制備樣品。底物結(jié)合蛋白位于膜的一側(cè)，樣品位于另一側(cè)。“由于孔隙很窄，混合只發(fā)生在納米孔內(nèi)，因此系統(tǒng)可以連續(xù)運行，”他解釋道。

現(xiàn)在的挑戰(zhàn)是為更多底物(包括藥物)鑒定合適的結(jié)合蛋白。到目前為止，Maglia的團隊已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了十個。但他們需要調(diào)整以適應(yīng)毛孔。目前，我們并不真正理解這種機制，因此找到正確的蛋白質(zhì)是一個反復(fù)試驗的問題，“他說。Maglia正在尋找機會建立一家提供這些結(jié)合蛋白的公司。“如果我們能夠建立一個特定于數(shù)百種不同代謝物的蛋白質(zhì)的系統(tǒng)，我們將創(chuàng)造一種真正具有破壞性的醫(yī)療診斷新技術(shù)。”