Duplexed aptamers and fiber optic SPR sensors to enable continuous biosensing

Promovendus/a: Annelies Dillen

Promotor(en): Prof. dr. ir. Jeroen Lammertyn, Prof. dr. ir. Wouter Saeys

Een biomerker is een meetbaar molecule die een indicatie geeft over een specifieke biologische conditie. Aangezien het opmeten van die moleculen daardoor diagnose en kwaliteitscontrole toelaat, wordt dit routinematig gedaan in verschillende velden zoals de gezondheidszorg, milieuanalyse, biotechnologie en voedings- en drankindustrie. In de gezondheidszorg worden biomerkers bijvoorbeeld gebruikt om verscheidene ziektes op te sporen en op te volgen, waaronder bepaalde kankertypes, auto-immuun ziektes, ontstekingen, sepsis en infecties. Het monitoren van biomerkers berust momenteel echter op verscheidene tijdrovende stappen, waaronder het afnemen en transporteren van een staal, gevolgd door de voorbereiding en analyse ervan en uiteindelijk het rapporteren van de data. Hierdoor is een snelle diagnose en interventie vaak niet mogelijk, wat een nadelige invloed kan hebben op de uiteindelijke uitkomst (bv. lagere overlevingskansen). Continue biosensoren kunnen deze limitaties voorkomen, aangezien ze real-time informatie over de concentraties van biomerkers verstrekken en daardoor een snelle diagnose en interventie toelaten. De ontwikkeling van dergelijke biosensoren staat momenteel echter nog in zijn kinderschoenen, aangezien er verscheidene vereisten zijn waaraan ze moeten voldoen.

In dit proefschrift werd er daarom gewerkt aan een nieuwe methode waarmee biomerkers continu opgemeten kunnen worden, zodat in de toekomst diagnose en interventie sneller kunnen gebeuren. Hiervoor werden optische vezel-gebaseerde sensoren gecombineerd met ‘DNA switches’. DNA kan namelijk niet enkel gebruikt worden voor het opslaan van genetische informatie, maar ook om biomerkers specifiek te herkennen en zelfs om deze herkenning direct om te zetten in een kwantificeerbaar en omkeerbaar signaal. Aan de hand van deze functionaliteiten werden er ‘DNA switches’ ontworpen die in aanwezigheid van het doelwitmolecule de verplaatsing van gouden nanopartikels veroorzaakten. Deze verplaatsing kon op zijn beurt worden waargenomen door de optische-vezel gebaseerde sensoren, waardoor de concentratie van het doelwitmolecule direct kon worden opgevolgd. Er werd aangetoond dat aan de hand van dit concept (i) een kwantitatief, geamplificeerd en omkeerbaar signaal verkregen kon worden (ii), verscheidene doelwitmoleculen gedetecteerd konden worden met een hoge gevoeligheid en (iii) metingen konden uitgevoerd worden in relevante stalen. Deze resultaten tonen aan dat het voorgestelde concept, waarin optische vezel-gebaseerde sensoren gecombineerd werden met ‘DNA switches’, geschikt is om biomerkers continu op te meten, wat in de toekomst een snelle diagnose en interventie zal toelaten.