Door DNA-fragmenten te detecteren in lichaamsvloeistoffen zoals urine, zijn sommige typen kanker al vroegtijdig op te sporen. Maar om geen fragmenten te missen, moet de gevoeligheid van de detectie nog wel omhoog. Onderzoekers van de Universiteit Twente (MESA+ Instituut) doen dit met elektrisch geladen polymeren. En daarvan niet één laagje, maar tientallen. Die zorgen samen voor een 25 keer grotere gevoeligheid, laten de onderzoekers zien in ‘Chemistry of Materials’.
Van sommige typen kanker is bekend dat er al vroegtijdig biomarkers aanwezig zijn in lichaamsvloeistoffen. Voor darm- en longkanker zijn bijvoorbeeld markers aangetoond in ontlasting en urine, en de UT werkt, onder meer samen met Amsterdam UMC, aan tests. De biomarkers zijn DNA-fragmenten die kenmerkend zijn voor het type kanker: elk type heeft een kenmerkende afwijking, mutatie, in de sequentie van het DNA. Deze fragmenten zijn te detecteren op een oppervlak dat precies complementair is: het heeft dezelfde volgorde zodat het DNA-fragment erop ‘vastklikt’. Voor elk kankertype maak je dus een sensor op maat.
Omdat er maar heel weinig fragmenten aanwezig zijn in bijvoorbeeld urine, is een uiterst gevoelige methode nodig die ook weinig last ondervindt van vervuiling van het oppervlak. Dat kan door het voorbehandelen en zuiveren van het urinemonster. Maar het is ook goed om het aantal bindingsplaatsen op de sensor drastisch te vergroten. En dat is wat de onderzoekers nu hebben gedaan.
33 lagen
Ze doen dit met polyelectrolyte multilayers (PEM’s): polymeren die een elektrische lading hebben en laag-voor-laag worden opgebouwd, met afwisselend positieve en negatieve lading. Het is al bekend dat zo’n structuur heel stevig is. Het groeien van de laagjes kan lineair plaatsvinden, daardoor krijg je een heel dichte structuur met weinig bindingsplaatsen. Het bijzondere aan de nu gepresenteerde methode is juist dat de groei niet lineair maar exponentieel is. Gerekend vanaf de eerste laag, wordt het bouwwerkje steeds opener en krijgt dus steeds meer plekken die geschikt zijn om een DNA-fragment aan vast te klikken. In hun publicatie laten de UT-onderzoekers een structuur zien van maar liefst 33 lagen, die de DNA-gevoeligheid 25 keer sterker maakt.
Blijf op de hoogte van nieuws uit de industrie, Lees Link magazine digitaal of vraag een exemplaar aan info@linkmagazine.nl
Biopsie zonder weefsel
Deze DNA-detectie vergroot de mogelijkheden van ‘liquid biopsy’: in plaats van een weefselbiopt wordt onderzoek gedaan in lichaamsvloeistoffen. Dit is in opkomst in de medische wereld: het is eenvoudiger, minder belastend en goedkoper. Het wordt niet alleen voor kanker gedaan, maar ook al voor neurodegeneratieve ziekten en taaislijmziekte.
Samenwerking met Münster
Het onderzoek is uitgevoerd in de groep Molecular NanoFabrication van prof. Jurriaan Huskens. De onderzoekers hebben samengewerkt met het Center for Soft Nanoscience van de Universiteit van Münster.
Het paper ‘Enhancement of probe density in DNA sensing by tuning the exponential growth regime of polyelectrolyte multilayers’, door Jacopo Movilli, Salmeen Shakil Choudhury, Monika Schönhoff and Jurriaan Huskens, staat in ‘Chemistry of Materials’, een van de journals van de American Chemical Society.
