Sneller biomoleculen identificeren
dinsdag 5 januari 2010
Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben in een door
Technologiestichting STW gefinancierd project een methode ontwikkeld
om de activiteit van biomoleculen te meten die veel sneller en
gevoeliger is dan de bestaande techniek. Hiermee kunnen bijvoorbeeld
antistoffen in zeer kleine bloedmonsters worden aangetoond, en dat in
enkele minuten tijd waar het met de gangbare methode een paar uur
duurt. De onderzoekers publiceerden hierover in de decembernummer van
het vaktijdschrift Analytical Methods. Het nummer heeft een
illustratie op de omslag die geïnspireerd is op hun onderzoek.
In de microbiologie en het biomedische onderzoek horen zogeheten
microarrays tegenwoordig tot het standaard instrumentarium voor
onderzoek. Een microarray bestaat uit een plaatje met daarop een
regelmatig patroon van plekjes of spots van verschillende zogeheten
liganden. Dat zijn stoffen die zich aan biomoleculen binden en er zo
een complex mee vormen. Op de microarray breng je daarna een
vloeistof, bijvoorbeeld bloed aan, om die te onderzoeken op de
aanwezigheid van biomoleculen waarin je geïnteresseerd bent.
De neiging van de liganden om te binden â in vaktaal âbinding
affinityâ â is karakteristiek per complex van ligand en biomolecuul.
Kenmerkend is ook de stevigheid van de binding. Bindingen vormen zich
en laten weer los. Dit leidt tot een verhouding tussen zogeheten
associatie en dissociatie die per biomolecuul verschillend kan zijn.
Tenslotte zal het signaal sterker worden in kortere tijd naarmate er
meer van een bepaald soort biomolecuul is. In de gangbare techniek
wordt op de array één bepaalde concentratie aan liganden
aangebracht, waarna wordt gemeten. Voor een volgende meting moet je
eerst de dunne film van biomoleculen verwijderen om de ligandenlaag
weer schoon te spoelen voordat je een volgende meting van biomoleculen
kunt doen. In zijn geheel duurt een bepaling al snel enkele uren.
Bovendien kun je met heel kleine monsters deze procedure niet
uitvoeren. Daar heb je dan te weinig materiaal voor.
Ganeshram Krishnamoorthy (STW), Edwin Carlen, Bianca Beusink, Richard
Schasfoort en Albert van den Berg, allen verbonden aan het MESA+
Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente, hebben nu
een alternatief ontwikkeld. Zij vullen de verschillende vakjes of
spots op de microarray met liganden met een steeds andere dichtheid
per vakje. Daarna brengen ze maar één keer de dunne film van het te
onderzoeken monster aan en tasten vervolgens het oppervlak van het
microarray af met een laserbundeltje. Wanneer een ligand zich bindt
aan een biomolecuul uit de dunne film, verandert de structuur van het
ligandoppervlak. Die verandering wisselt naarmate het ligand zich aan
een ander biomolecuul bindt. Valt de binding weer uiteen, dan krijgt
het oppervlak zijn oude structuur terug. Door te beschijnen met een
laser wek je zogeheten oppervlakteplasmonen op, lichtgolven die
elektronen in een dunne metaallaag laten trillen. Door het vormen van
bindingen verandert de brekingsindex voor licht aan het oppervlak en
dat verstoort de plasmonen. Het gevolg is dat er een bekend
natuurkundig verschijnsel gaat optreden: resonantie. Die resonantie
kun je met zogeheten imaging Surface Plasmon Resonance (iSPR)
afbeelden en zoân beeld bevat precies de informatie die je wil hebben
over het bindingsgedrag van alle liganden tegelijkertijd.
De onderzoekers hebben hun nieuwe techniek getoetst aan de combinatie
van microglobuline en zijn antistof en aan die van menselijk IgG en
zijn antistof. Tegelijk hebben ze deze combinaties ook onderzocht met
de gangbare techniek en de uitkomsten van beide methoden kwamen sterk
overeen. Hun nieuwe techniek, stellen de onderzoekers, lijkt dus
betrouwbaar en kan zonder problemen gebruikt worden voor allerlei
andere stoffen. De nieuwe methode werkt veel sneller dan de oude
(minuten tegen uren), vereist veel minder materiaal voor de dunne film
(je hoeft maar één laagje aan te brengen), je hoeft geen labels te
gebruiken, de methode is veel gevoeliger (omdat je ook heel zwakke
bindingen kunt waarnemen) en je kunt in één keer een aantal
verschillende biomoleculen tegelijkertijd opsporen.
Technologie Stichting STW