Kliinilises diagnostikas on selge vajadus erinevate haiguste efektiivsemaks avastamiseks ja jälgimiseks haigustele vastavate tunnusmarkerite leidmiseks.
Tänase päeva kontekstis omab globaalset tähtsust kõik, mis puudutab COVID-19 diagnoosi ja arengut. Biofunktsionaalsete materjalide teaduslaboratooriumis koostöös Icosagen AS on võimekus SARS-CoV-2 kiirtesti ja viiruse leviku uurimiseks uue meetodi välja arendamine molekulaarse jäljendamise tehnoloogia abil.
Praegused biotundlikud diagnostikasüsteemid kasutavad põhiliselt bioloogilisi retseptoreid nagu ensüümid, DNA ja antikehad. Sellised looduslikud retseptorid on küll tundlikud erinevate analüütide suhtes, kuid samal ajal ebapüsivad, mis omakorda tõstab oluliselt praegu laialt kasutatavate testide maksumust ja pikendab analüüsideks kuluvat aega.
Oluliselt odavam on sellistel eesmärkidel bioloogiliste retseptorite asemel kasutada sünteetilisi retseptoreid.
Sünteetiliste retseptorite valmistamise üheks võimaluseks on molekulaarse jäljendamise tehnoloogia. Molekulaarne jäljendamine on tehnoloogia, mille abil tekitatakse polümeeri struktuuris tühjad ”mälupesad” (retseptorid), mis uuesti kohtudes sihtmolekulidega (näiteks viirustega seotud osakesed) on võimelised sihtmolekule siduma polümeeri struktuuri. (Joonis 1).
Tehnoloogia abil loodud nutikad polümeersed materjalid – molekulaarselt jäljendatud polümeerid (MIP) püüavad oma mälupesadesse ainult kindlaid molekule, tagades nende selektiivse tuvastamise.
Võrreldes bioloogilise retseptoriga (antikehad, ensüümid, DNA) on MIP-il kui sünteetilisel retseptoril teatud eelised: hea keemiline ja termiline stabiilsus, lihtne valmistamise tehnoloogia, omaduste reprodutseeritavus, korduskasutuse võimalus.
Seega MIP-d osutuvad väga perspektiivseteks sensormaterjalideks odavate ja töökindlate sensorite valmistamisel meditsiiniliseks diagnostikaks.
Just täna on tähtisvahetult sündmuskohal tehtavatel kiiranalüüsidel, (PoCT – point-of-care testing). Vahetult sündmuskohal teostatavate testide tingimuseks on biomarkeri sidumise ja loetavaks signaaliks muundamise protsessi lihtsus ja kiirus, säilitades samal ajal ka piisava tundlikkuse biomarkeri suhtes.
Sellistel meetoditel põhinevaid mõõtmisi on ka võimalik ühendada nutiseadmetega. PoCT testidele esitatavaid nõudeid võivad edukalt täita sensorid, mis põhinevad sünteetilistel retseptoritel (Joonis 2).
Meie senised uuringud on näidanud, et ühendades molekulaarse jäljendamise tehnoloogia abil valmistatud sünteetilised retseptorid portatiivsete sensorplatvormidega saab vältida bioloogiliste retseptorite puudusi ja luua erinevaid kiireid ja odavaid testseadmeid [10.1016/j.snb.2020.127708, 10.3176/proc.2019.2.07].
Joonis 2. Põhimõtteline skeem erinevatele haigustele vastavatele biomarkeritele määramiseks MIP-PoCT meetodil.
Meie uuringuettepaneku eesmärgiks on valmistada viirusvalkude (nt, ogavalk või nukleokapsiidi valk) suhtes selektiivsed sünteetilised retseptorid ja nende baasil luua portatiivne sensor, mis võimaldab SARS-CoV-2 viiruse otse tuvastamist.
Samal ajal on oluline saada teavet varem haigestunud ja juba viirust läbipõdenud inimeste kohta, keda pole viiruse suhtes testitud. Sellist kiiret teavet just massitestimisel annab viiruse vastu tekkinud antikehade IgM ja IgG seire. IgM ja IgG hindamine on oluline ka suurte inimhulkade testimisel kombineerides seda vajadusel otse testidega.
Miks me julgeme täna oma tehnoloogiat arendada SARS-CoV-2 kiirtestiks ja viiruse leviku analüüsiks? Esimese kogemuse saime kiire, efektiivse ja odava meetodi väljatöötamisel immunoglobuliin G (IgG) määramiseks molekulaarse jäljendamise tehnoloogia abil (Joonis 3) [10.1016/j.aca.2015.11.004].
Immunoglobuliin G (IgG) on üks enim esindatud antikehi inimese seerumis ja põhiline immuunsusekindlustaja viirushaiguste vastu. Usume, et meie laboris välja töötatud IgG molekulaarse jäljendamise metoodika sobib samuti väga hästi SARS-CoV-2 viiruse vastu tekkinud antikehade IgM ja IgG kiirtesti arendamiseks.
Joonis 3. (A) Immuunoglobuliini IgG suhtes jäljendatud polümeeri valmistamise ja mõõtmise põhimõtteline skeem akustilise laine nihke põhimõttel töötavatel SAW kiipidel. (B) IgG adsorptsiooni isotermid jäljendatud (MIP) ja mittejäljendatud (NIP) SAW sensorkiibil. Adsorptsiooni isoterm on tuletatud Langmuiri – Freundlichi mudeli alusel. (C) Molekulaarselt jäljendatud IgG-MIP selektiivsus konkureerivate valkude IgA ja HSA suhtes.
Artikli autor: vanemteadur Vitali Sõritski, Tallinna Tehnikaülikooli materjali- ja keskkonnatehnoloogia instituut, biofunktsionaalsete materja lide uurimisgrupp.
