Tränenflüssigkeit entwickelt sich zunehmend zu einer attraktiven Quelle diagnostischer Informationen, da sie einfach und nicht-invasiv gewonnen werden kann. Veränderungen in der Zusammensetzung der Tränenflüssigkeit spiegeln häufig zugrunde liegende physiologische Zustände wider, wodurch Tränenflüssigkeit ein wertvolles Medium zur Überwachung von Augenerkrankungen darstellt.
Der neu entwickelte Biosensor zielt auf zwei Proteine ab, die mit diabetischer Retinopathie in Verbindung stehen:
- Lipocalin-1 (LCN1) – in Verbindung mit Entzündungen und Veränderungen der Tränenzusammensetzung
- Vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor (VEGF) – ein wichtiger Faktor für das abnorme Blutgefäßwachstum in fortgeschrittenen Stadien der Erkrankung
Durch die gleichzeitige Erfassung beider Biomarker liefert das System im Vergleich zu herkömmlichen Einzelzieltests ein umfassenderes Bild der Netzhautgesundheit.Eine miniaturisierte faseroptische Sensorplattform
Die Technologie basiert auf aus optischen Fasern gefertigten, halbverteilten Interferometersensoren (SDI). Diese miniaturisierten Geräte sind leicht, unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen und eignen sich für die Vor-Ort-Überwachung.
Nach der Herstellung funktionalisierten die Forscher die Faserspitzen mit spezifischen Antikörpern, wodurch eine selektive Bindung an die Zielbiomarker ermöglicht wurde. Wenn Proteine ??an die Sensoroberfläche binden, ändert sich das optische Signal – dies erlaubt eine Echtzeitüberwachung ohne Fluoreszenzmarkierungen oder aufwendige Probenvorbereitung.
Labortests haben eine starke Leistung gezeigt:
- Nachweis von LCN1 bis zu einer Konzentration von 5,98 ng/ml
- Nachweis von VEGF bis zu einer Konzentration von 26,6 fg/ml
Wichtig ist, dass das System nicht nur unter statischen Laborbedingungen, sondern auch in dynamischen Experimenten, die den natürlichen Tränenfluss simulieren, evaluiert wurde – ein wesentlicher Schritt hin zu klinischen Anwendungen in der Praxis.Multiplex-Sensorik für verbesserte Diagnostik
Eine zentrale Neuerung der Studie ist die Verwendung einer Drei-Sensor-Konfiguration: zwei Biosensoren zum Nachweis von LCN1 und VEGF sowie ein Referenzsensor zur Überwachung von Hintergrundsignalen. Dieses Design verbessert die Messstabilität und reduziert das Risiko von Fehlmessungen.
Die gleichzeitige Messung mehrerer Biomarker, auch Multiplex-Detektion genannt, kann Klinikern helfen, den Krankheitsverlauf genauer zu beurteilen und gleichzeitig Analysezeit und -kosten zu reduzieren.
Aktuelle Diagnoseverfahren für diabetische Retinopathie, wie Netzhautbildgebung und optische Kohärenztomographie, erfordern spezielle Geräte und geschultes Personal. Das Forschungsteam ist überzeugt, dass kompakte faseroptische Biosensoren diese Methoden ergänzen könnten, indem sie ein schnelles Screening und eine personalisierte Überwachung ermöglichen, insbesondere in ressourcenarmen Umgebungen.
Da das Sensorelement klein und kostengünstig ist, könnten zukünftige Versionen in tragbare Geräte oder Point-of-Care-Systeme integriert werden und so potenziell die kontinuierliche Überwachung von Tränenbiomarkern unterstützen.
Während die vorliegende Arbeit einen Machbarkeitsnachweis für die Anwendung in künstlicher Tränenflüssigkeit erbringt, wird sich die zukünftige Forschung auf die Prüfung verdünnter klinischer Proben und die Erforschung des praktischen klinischen Einsatzes konzentrieren.
Die Studie wurde vom Wissenschaftskomitee des Ministeriums für Wissenschaft und Hochschulbildung der Republik Kasachstan und der Nazarbayev-Universität finanziert.
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