Gelbsucht mit Tränenflüssigkeit diagnostizieren

Menschliche Tränenflüssigkeiten enthalten viele Proteine, Metaboliten und andere Moleküle, deren Konzentrationen sich bei bestimmten Krankheiten erheblich ändern. Ein Forscherteam hat jetzt ein praktisches Testkit für Tränenflüssigkeit entwickelt, das Patienten mit Gelbsucht identifizieren kann. Ihr Erfolg basiert auf einem Hybridsensor, der gleichzeitig Verunreinigungen aus der Probe entfernt. Dieser Ansatz könnte neue Methoden zur Früherkennung und Diagnose basierend auf komplexen Körperflüssigkeiten liefern, wie das Team in der Fachzeitschrift berichtet Internationale Ausgabe der Angewandten Chemie.

Ein besonderer Vorteil der Tränenflüssigkeitsdiagnostik ist die komfortable und nicht-invasive Probenentnahme. Für die Analyse der gewonnenen Biomoleküle bietet sich eine Methode namens oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (SERS) an. Der Raman-Effekt ist ein Phänomen, bei dem Licht, das auf Materialien trifft, charakteristische Vibrationen und Rotationen von Molekülfragmenten verursacht. Die daraus resultierende Frequenzverschiebung des gestreuten Lichts ergibt einen molekularen „Fingerabdruck“.

Kommen die Analytmoleküle in Kontakt mit einer Metalloberfläche (Hotspots), werden die Raman-Signale ausreichend verstärkt, um die für die Tränendiagnostik erforderliche Ultrasensitivität zu erreichen. Eine Markierung der Analyten ist nicht erforderlich. Kompakte Raman-Handgeräte wären für die direkte Diagnose im Feld verfügbar. Das Problem besteht darin, geeignete SERS-Sensoren zu finden. Stromsensoren werden schnell durch Ablagerung von Tränenkomponenten deaktiviert. Gibt es eine Möglichkeit, dies ohne komplexe Probenvorbereitung zum Laufen zu bringen?

Tatsächlich gibt es das. Ein Team unter der Leitung von Yun Feng (Peking University Third Hospital), Zhou Yang (University of Science and Technology Beijing) und Tie Wang (Tianjin University of Technology and Chinese Academy of Sciences Beijing) hat dies mit seinem neuartigen Diagnostikum in Streichholzschachtelgröße demonstriert Testgerät. Im Zentrum steht ein Hybridfilm. Eine Schicht aus symmetrisch angeordneten Siliziumdioxid-Nanokugeln wird mit einer hauchdünnen Goldschicht überzogen, auf der eine Schicht aus Gold-Nanopartikeln abgeschieden wird, die als SERS-Hotspots fungieren.

Die Zielmoleküle binden an das Gold und werden an der Oberfläche festgehalten, während kleinere Tränenbestandteile durch die Lücken zwischen den Siliziumdioxid-Nanopartikeln auf eine darunter liegende absorbierende Schicht rutschen. Die Porendurchmesser können durch Veränderung der Größe der Nanosphären angepasst werden, um die störenden Hauptbestandteile der Tränenflüssigkeit (Albumin, Lysozym, IgG und Peroxidase) selektiv abzutrennen. Der Film mit dem Namen SiO2@Au@AuNPs ist zwischen zwei Glasträgern eingebettet und in einem Gehäuse eingeschlossen. Eine Spitze ragt aus dem Gerät heraus, um Tränenflüssigkeit aus dem Augenwinkel zu sammeln. Die SERS-Analyse erfolgt durch ein Fenster auf der Oberseite des Geräts.

Das Team konnte erfolgreich Patienten mit Gelbsucht identifizieren – einer Stoffwechselstörung, die mit Leber- und Gallenblasenerkrankungen einhergeht. Der Gallenfarbstoff Bilirubin wird nicht richtig aus dem Körper ausgeschieden, konzentriert sich und kann in der Tränenflüssigkeit gefunden werden. Bilirubin bindet stark an das Gold des Sensors und kann durch sein SERS-Signal sehr empfindlich nachgewiesen werden.