Biossensor de alto rendimento mede níveis de metabólitos que indicam doenças

Pesquisadores do Nano Life Science Institute (WPI-NanoLSI), da Universidade de Kanazawa, desenvolveram um biossensor que melhora a sensibilidade à 1-metilnicotinamida (1-MNA) na urina em ordens de magnitude sem a necessidade de purificação da amostra. O trabalho foi publicado no periódico Química Analítica.

Metabólitos são um indicador comum de doença. Em particular, os níveis de 1-MNA são aumentados por câncer, doença hepática, obesidade e doença metabólica. Atualmente, as medições de espectrometria de massa e ressonância magnética nuclear são comumente usadas para medir quantidades de metabólitos em amostras, mas são caras e complicadas, limitando seu uso generalizado.

Em vez disso, Masaya Ueno, Tomoki Ogoshi e Atsushi Hirao, da Kanazawa WPI-NanoLSI, usam um tipo de molécula de pilarereno como biossensor, contornando a necessidade de alta purificação de outras moléculas de biossensor de 1-MNA e, ao mesmo tempo, melhorando a sensibilidade e a especificidade.

O 1-MNA é produzido no corpo por meio da metilação da nicotinamida (Nam) pela nicotinamida N-metiltransferase (NNMT) durante o metabolismo do vitamero da vitamina B3, niacina.

Como tal, ele fornece uma medida da atividade NNMT, que é elevada em alguns tipos de câncer. Há evidências de que os níveis de 1-MNA se correlacionam com o quão agressivo o tumor é e a supressão do gene para NNMT diminui certos sintomas comportamentais da doença.

Os pesquisadores explicam em seu relatório que “monitorar a expressão e a atividade da NNMT em pacientes pela quantificação de 1-MNA é importante para elucidar e diagnosticar sua patologia”.

Anteriormente eles demonstraram algum potencial para o pilar molecular[6]areno funcionalizado com 12 ânions carboxilato (P6AC) como um sensor 1-MNA, uma vez que se liga ao 1-MNA e inibe a fluorescência devido à transferência de elétrons fotoinduzida.

Entretanto, foi necessária uma purificação extensiva da amostra e, mesmo assim, embora as concentrações milimolares na urina murina pudessem ser detectadas, o biossensor P6AC não tinha sensibilidade para detectar as concentrações micromolares encontradas em sobrenadantes de cultura de células cancerígenas humanas.

Para encontrar um biossensor com melhor sensibilidade, os pesquisadores investigaram a ligação entre 1-MNA e pilar[6]areno funcionalizado com grupos sulfonato (P6AS).

Eles descobriram que a afinidade de ligação era 700 vezes maior do que para P6AC, levando a um biossensor com sensibilidade submicromolar, mesmo em urina humana não purificada, embora a detecção de concentrações mais altas em camundongos murinos tenha sido melhor. No entanto, os pesquisadores notaram que a detecção em soro humano não foi possível devido aos níveis mais altos de autofluorescência.

Em comparação, a sensibilidade de detecção possível com espectrometria de massa é nanomolar, mas o rendimento é muito menor. Os pesquisadores sugerem que o alto rendimento do biossensor P6AS pode torná-lo adequado para a triagem de milhares de potenciais inibidores de NNMT, o que pode ajudar no tratamento de doenças como doença hepática e câncer.

Os pesquisadores explicam a maior sensibilidade graças à acidez mais forte dos grupos sulfonato em comparação aos grupos carboxilato. Eles concluem: “Melhorias adicionais em nossa estratégia contribuirão para a triagem de alto rendimento de inibidores de NNMT, diagnóstico de doenças hepáticas e geração de imagens de células cancerígenas humanas in vivo.”