Nanoporie meet vitamineconcentratie in seconden

RUG-onderzoekers hebben een nanoporie-systeem ontwikkeld dat de concentratie thiamine (vitamine B1) in urine kan meten in minder dan een minuut. Zij gebruikten hierbij een aangepast thiamine-bindend eiwit. De methode zou ook moeten werken met andere met lichaamsvloeistoffen, zoals zweet, en is eenvoudig aan te passen om andere belangrijke stoffen te meten. Een artikel waarin het systeem is beschreven verscheen op 14 augustus in het tijdschrift Angewandte Chemie.

Veel mensen gebruiken al draagbare gezondheidsmonitoren waarmee ze bijvoorbeeld beweging, hartslag, bloeddruk of temperatuur kunnen meten. ‘Maar het is veel lastiger om de chemie van het lichaam te volgen’, zegt Giovanni Maglia, hoogleraar chemische biologie, die samen met onder anderen NWO Veni onderzoeker Carsten Wloka het onderzoek uitvoerde binnen het onderzoeksinstituut GBB. ‘Om dat te doen heb je een hele serie sensoren nodig die de concentratie van de moleculen omzetten in een elektrisch signaal.’

Signaal

De onderzoeksgroep van Maglia heeft veel ervaring in het maken van nanoporiën die zijn te gebruiken om moleculen te herkennen. Draagbare apparaatjes met nanoporiën zijn al commercieel verkrijgbaar. Samen met collega’s van de afdeling Farmacie van de RUG hebben de onderzoekers een eerder ontwikkelde nanoporie, Cytolysine A, ingezet om thiamine (vitamine B1) te meten met behulp van een aangepaste variant van een natuurlijk eiwit.

‘We hebben hiervoor een bacterie-eiwit dat thiamine kan binden enigszins aangepast. Door een elektrische spanning over de porie aan te brengen, gaat dit eiwit in die porie zitten’, legt Maglia uit. ‘Wanneer het vervolgens thiamine bindt, verandert de vorm van een open- naar een gesloten configuratie.’ Dit verandert het elektrische signaal dat door de porie loopt. Aan de hand van het aantal vormveranderingen veroorzaakt door het binden en loslaten van thiamine in dit nanoporie-systeem is het mogelijk de concentratie te berekenen. ‘Promovendus Florian Lucas heeft software geschreven waarmee die concentratie in ongeveer twintig seconden is vast te stellen.’

Bloed

In het artikel in Angewandte Chemie laten de wetenschappers zien dat deze aanpak werkt met urine. Maar ook andere vloeistoffen, zoals zweet en vermoedelijk ook bloed, zouden op deze manier te analyseren zijn. En door verschillende eiwitten te gebruiken is het mogelijk andere moleculen te binden en te meten. ‘De poriën zijn te gebruiken in bestaande nanoporie-apparatuur. We hebben een nieuw bedrijf opgericht dat de commerciële toepassingen verder gaat uitwerken’, vertelt Maglia.

Het idee is om een hele reeks eiwitten in te zetten die verschillende moleculen binden en daarmee de concentratie ervan in lichaamsvloeistof te meten. Zo’n nanoporie-systeem is dan te koppelen aan draagbare apparatuur, zoals een smartwatch. Op die manier is het mogelijk de gezondheid nog beter in ‘real time’ te monitoren, stellen Wloka en Maglia.

Referentie: Florian Leonardus Rudolfus Lucas, Tjemme Rinze Cornelis Piso, Nieck Jordy van der Heide, Nicole Stéphanie Galenkamp, Jos Hermans, Carsten Wloka, Giovanni Maglia: Automated Electrical Quantification of Vitamin B1 in a Bodily Fluid using an Engineered Nanopore-Sensor. Angewandte Chemie First online 14 Augustus 2021