Alfa-fetoprotein (AFP), başlıca fetal karaciğer tarafından üretilen bir glikoproteindir; ancak yetişkinlerde yüksek düzeyde bulunması özellikle karaciğer kanseri ile ilişkilidir. Bu bağlamda, AFP, karaciğer kanserinin teşhisi ve takibi için biyobelirteç olarak etkin bir rol üstlenmektedir. Biyosensörler, AFP moleküllerini seçici olarak yakalamak için antikorlar veya aptamerler gibi biyolojik elementleri kullanılmaktadır. Biyosensörlerin tıbbi tanı araçlarına entegre edilmesi, AFP’nin hızlı ve hassas bir şekilde ölçülmesine olanak tanımakta ve böylece karaciğer kanserinin ilerlemesi hakkında önemli bilgiler sağlamaktadır. Biyosensörlerin gerçek zamanlı izleme yetenekleri, hastalığın erken tespiti ve daha etkili bir yönetim sağlamak adına katkıda bulunmakta, nihayetinde hastanın klinik sonuçlarını iyileştirmektedir. AFP’nin biyobelirteç olarak kullanılması ve biyosensör teknolojisinin gelişmiş tespit araçları ile entegrasyonu, karaciğer kanseri ile mücadelede daha etkili ve bireyselleştirilmiş terapötik stratejilerin potansiyelini ortaya koymaktadır. Bu yaklaşım, hastalığın daha hassas bir şekilde değerlendirilmesini, erken teşhisin artırılmasını ve tedavinin kişiselleştirilmesini destekleyerek klinik uygulamalarda önemli bir gelişme vadetmektedir.
Bu çalışmada Gangopadhyay ve çalışma arkadaşları, AFP üzerine dayalı bir biyosensörün tasarımını ve geliştirilmesini ele almaktadır. AFP’nin erken tespiti için maliyet etkili bir nokta-of-bakım test aracı oluşturulması, düşük ve orta gelirli toplulukların erken hastalık izlemine erişimini artırmak amacı vurgulanmaktadır. Bu bağlamda, camy karbon elektrot (GCE) üzerine 3-thiophene acetic acid (3-TAA) nanopartikülleriyle kaplanmış az katmanlı grafen (FLG) nanolevha kullanılarak bir biyosensör geliştirilmiştir. 3-PTAA nanopartikülleri, biyolojik moleküllerle uyumluluğu nedeniyle seçilmiş ve etkili bir şekilde anti-AFP immobilizasyonu sağlayacak bir biyosensör platformu oluşturmak için kullanılmıştır. Ayrıca, modifiye edilmiş elektrodun yüzey morfolojisi ve kimyasal karakterizasyonu çeşitli analiz teknikleriyle belirlenmiştir. Geliştirilen biyosensörün performansı, duyarlılık, lineer/dinamik aralık ve seçicilik açısından değerlendirilmiş ve gerçek insan serum örneklerinde AFP antijenlerini tespit edebildiği gösterilmiştir. Bu çalışma, 3-PTAA ile modifiye edilmiş FLG’ye dayalı bir nanokompozit elektrotun ilk raporu olup, düşük maliyetli, duyarlı ve taşınabilir bir kanser tespit aracının potansiyelini ortaya koymaktadır.
Geliştirilen biyosensör, yüksek dispersiyon yeteneği ve büyük yüzey alanına sahip olan 3-PTAA’nın, elektrot alt tabakasına doğrudan dökülmesini ve anti-AFP’nin etkili bir şekilde immobilize edilmesini sağlamaktadır. Ayrıca, 3-PTAA nanopartikülleri, elektron promotoru olarak işlev görebilir. Biyosensör, [Fe(CN)6]3–/[Fe(CN)6]4– redoks probuyla elektrokimyasal olarak karakterize edilmiş ve morfolojik analiz için çeşitli teknikler kullanılmıştır.
Çeşitli karakterizasyon yöntemleri kullanılarak yapılan analizlerde, FLG ve bileşenlerin FTIR spektrumları incelenmiş, FLG’deki hidroksil gruplarının gerilme titreşimleri ve grafen levhalarının iskelet halka titreşimleri gözlemlenmiştir. XRD çalışmalarında, FLG, saf 3-PTAA ve 3-PTAA@FLG örneklerinin desenleri incelenmiş, 3-PTAA@FLG kompozitindeki geniş pikin etkili bir kompozit oluşumunu gösterdiği belirtilmiştir. Raman spektrumu çalışmalarında, örneklerin G ve D bantlarına sahip olduğu ve 3-PTAA nanoparçacığının nanokompozitteki G ve D bantlarını FLG’ye kıyasla kısalttığı ifade edilmiştir. 1H NMR spektroskopisi, 3-TAA, 3-TMA, 3-TMA ve 3-PTAA’nın kimyasal yapılarını doğrulamış ve esterifikasyon ile polimerizasyonun etkin bir şekilde gerçekleştiğini göstermiştir. XPS analiziyle birlikte FLG, 3-PTAA ve 3-PTAA@FLG’nin yapı ve kimyasal bileşimini belirlemiştir.
Morfolojik çalışmalar, FESEM ve TEM görüntüleme yöntemleri kullanılarak FLG, 3-PTAA ve 3-PTAA@FLG’nin yapısal özelliklerini belirlemiştir, aglomerasyon, kompozit oluşumu ve nanopartikül dağılımı gözlemlenmiştir. Elektrot modifikasyonunun etkinliği ve anti-AFP immobilizasyonu ile biyoconjugation süreçlerini doğrulamak amacıyla gerçekleştirilen CV ve EIS analizleri, sensör performansının değerlendirilmesine katkı sağlamıştır.
İmmünosensor performansını etkileyen inkübasyon süresi ve sıcaklığının incelendiği çalışmada, sıcaklığın artmasıyla şarj transfer direncinde artış gözlemlenmiş, 35°’ye kadar olan artışlar periyodik bir direnç düşüşü ile takip edilmiştir. Geliştirilen elektrokimyasal immünosensor, çeşitli AFP konsantrasyonlarındaki performansı incelenmiş, geniş bir dinamik aralığa sahip olduğu ve benzer hassasiyetle diğer grafen tabanlı immünosensörlerle karşılaştırıldığında başarılı bir performans sergilediği belirlenmiştir. Seçicilik, tekrarlanabilirlik ve kararlılık çalışmaları, immünosensorun AFP’ye karşı başarılı bir şekilde çalıştığını ve klinik kullanım için uygun olduğunu göstermiştir.
Geliştirilen immünosensör, AFP tespiti alanında çığır açan bir başarıyı temsil ederken, son derece düşük bir tespit sınırına ve geniş bir dinamik aralığa sahip basit ve maliyet etkili bir çözüm sunmaktadır. Bu umut vadeden çalışma, klinik karaciğer kanseri biyobelirteç tespiti alanında yeni bir çağın habercisi olup, gelecekteki elektrokimyasal immünosensör gelişiminde potansiyel uygulamaları sergilemektedir. Bu araştırma, bilim dünyasında bir dönemeç niteliğindedir ve gelecekteki tıbbi teşhis teknolojilerine yön verecek inovatif bir perspektif sunmaktadır. Bu çerçevede, araştırmacılar bu teknikle birlikte, karaciğer kanserinin teşhisi ve izlenmesi konusunda önemli bir vaadi gerçekleştirme noktasında yeni boyutlar keşfetme potansiyeline sahiptir.
Yazar: Zehra Nur Koyuncu
Editör: Elif Duymaz
Referans: Gangopadhyay, B., Roy, A., Paul, D., Panda, S., Das, B., Karmakar, S., Dutta, K., Chattopadhyay, S., & Chattopadhyay, D. (2024). 3-Polythiophene Acetic Acid Nanosphere Anchored Few-Layer Graphene Nanocomposites for Label-Free Electrochemical Immunosensing of Liver Cancer Biomarker. ACS applied bio materials, 7(1), 485–497. https://doi.org/10.1021/acsabm.3c01126
-Bioinforange Bilimsel Haber Servisi-
Haber Yazıları, 20> Etki Faktörlü Q1 dergilerinde yayınlanan (listesi için tıklayınız)
bilimsel araştırmaların ekip arkadaşlarımız tarafından incelenip derlenmesi ile hazırlanmaktadır.
MSc. Bioengineering
BSc. Mathematics