بیوحسگرهای آنزیمی با استفاده از نانولوله‌های کربنی تک دیواره برای تعیین غلظت ۳- هیدروکسی بوتیرات (HB) در سرم، به دست پژوهشگران ایرانی طراحی شد. تشخیص دقیق HB در نمونه‌های زنده برای مدیریت بیماری‌های دیابتی مهم است.
مدیریت بیماری‌های دیابتی با بیوحسگرهای آنزیمی
حسگرهای آنزیمی ۳-هیدروکسی بوتیرات دهیدروناز مبتنی بر الکترود نواری (Screen Printed) تغییر یافته با نانولوله‌های کربنی تک دیواره برای تعیین غلظت ۳- هیدروکسی بوتیرات (HB) در سرم، به دست پژوهشگران ایرانی طراحی گردید. تشخیص دقیق ۳- هیدروکسی بوتیرات در نمونه‌های زیستی برای مدیریت بیماری‌های دیابتی مهم است.
اجسام کتونی همچون ۳-هیدروکسی بوتیرات (HB) و استواستات به طور غیرعادی در خون بیماران دیابتی با کتواسیدوز دیابتی (DKA) انباشته می‌گردند. کتواسیدوز دیابتی به عنوان نشانه تهدید‌کننده حیات همراه با دیابت، اغلب در بیماران دیابتی نوع ۱ اتفاق می‌افتد، گرچه می‌تواند در بیماران دیابتی نوع ۲ هم مشاهده شود. هیدروکسی بوتیرات (HB)، ترکیب کتونی اصلی تولید شده در بیماران با کتواسیدوز دیابتی است و مقدار آن نسبت به اجسام کتونی دیگر ۱۰ به ۱ است. مقادیر کمتر از ۱ میلی مولار هیدروکسی بوتیرات به طور نرمال در خون افراد سالم تشخیص داده شده در حالیکه سطوح هیدروکسی بوتیرات در محدوده ۳-۱ میلی مولار می‌تواند در بیماران با هایپرکتونمیا و تحت کتواسیدوز دیابتی مشاهده شود. غلظت هیدروکسی بوتیرات می‌تواند بالای مقدار عددی ۳ هم برود و به ۱۲ میلی مولار نیز برسد. بنابراین، تعیین سطوح هیدروکسی بوتیرات در نمونه‌های زیستی برای تشخیص زودهنگام دیابت وکتونمیا ارزشمند است.
غلظت هیدروکسی بوتیرات (HB) معمولا به‌وسیله‌ی روش‌هایی همچون کروماتوگرافی، سنجش‌های ایزوتوپیک و اسپکتروفوتومتریک سنجیده می‌شود. به هر حال، این روش‌ها اغلب وقت گیر هستند و مراحل پردازش چندگانه دارند. همچنین به تجهیزات و معرف‌های خاص و تعداد زیاد کارکنان حرفه‌ای نیاز دارند. سرعت رو به رشد نیاز به تست‌های تشخیص بالینی در این روزها مستلزم توسعه تکنیک‌های دیگر است. حساسیت و اختصاصیت بالا، هزینه کم و سهولت در استفاده و تفسیر، سبب شده است که امروزه بیو حسگرها، ابزاری مفید وایده‌ال جهت اندازه‌گیری آنالیت‌ها باشند.
دکتر کبری امیدفر به عنوان مجری این طرح تحقیقاتی گفت: «در این مطالعه، روش ساده‌ای برای ساخت حسگر هیدروکسی بوتیرات (HB) با استفاده از نانولوله‌های کربنی تک دیواره ارائه گردیده است. استفاده از نانولوله‌های کربنی، پتانسیل اکسیداسیون NADH را به ۰٫۰۵- ولت کاهش می‌دهد که این حالت برای تشخیص الکتروشیمیایی خیلی مناسب است.»
علت این کاهش پتانسیل NADH را نیز می‌توان به استفاده از فناوری نانو و نانومواد ارتباط داد. نانوموادبه علت ظرفیتشان در افزایش ثبات، پایداری و حساسیت، همراه با پیشرفت راندمان در طراحی بیوحسگرها و انواع مختلف روش‌های تشخیصی ایمونولوژیک استفاده می‌شوند. در این میان، نانولوله‌های کربنی (CNT) به علت واکنش شیمیایی و پایداری بالا و مقاومت مکانیکی مناسب انتخاب خوبی برای تثبیت آنزیم در سطح حسگرهای الکتروشیمیایی هستند. جذب فیزیکی و پیوند کووالانسی با نانولوله‌های کربنی، از رایج‌ترین روش‌ها برای تثبیت آنزیم‌ها در سطح این نانومواد است.
عضو هیئت علمی مرکز تحقیقات بیوحسگر پژوهشگاه علوم غدد و متابولیسم دانشگاه علوم پزشکی تهران افزود: «در این تحقیقات اندازه‌گیری الکتروشیمیایی ۳-هیدروکسی بوتیرات مبتنی بر سنجش ولتامتری چرخه‌ای (CV) بوده و سیگنال تولید شده به‌وسیله‌ی یکی از محصولات واکنش آنزیمی به نام بتا نیکوتین آمید دی نوکلئوتید (NADH) اندازه‌گیری گردید. با استفاده از نانولوله‌های کربنی تک دیواره (SWCNT) و مشاهده کاهش پتانسیل اکسیداسیون NADH اندازه‌گیری الکتروشیمیایی انجام شد و نتایج نشان داد که این بیوحسگر قادر است طیف خطی یک دهم تا دو میلی مولار را‌شناسایی کرده و دقت اندازه‌گیری آن ۰٫۰۰۹ میلی مولار است.
اندازه‌گیری‌های الکتروشیمیایی با دیگر ترکیبات مداخله گر، ویژگی و اختصاصیت این بیوحسگر را تأیید کرد. همچنین در بررسی پایداری دراز مدت، این بیوحسگر بازده قابل قبولی تا حدود ۱۰۰ روز را نشان داد.»
بیوحسگر طراحی شده دارای پتانسیل پایین اکسیداسیون NADH، حساسیت بالا، پایداری بالا و محدوده خطی مناسب بوده و سهولت طراحی این بیوحسگر، آن را الگوی خوبی برای طراحی سایر بیوحسگرهای مبتنی بر دهیدروژناز قرار می‌دهد. با ایجاد تغییراتی دراین تست‌ها می‌توان از آنها در آزمایشگاه‌ها، مطب پزشک و در منزل بهره جست.
این تحقیق به‌وسیله‌ی فهیمه خورسند و همکاران در آزمایشگاه بیوحسگر مرکز تحقیقات بیوحسگر پژوهشگاه علوم غدد و متابولیسم دانشگاه علوم پزشکی تهران انچام گرفته است و نتایج آن در مجله IET Nanobiotechnology (جلد ۷، شماره ۱، مارس سال ۲۰۱۳) منتشر شده است. علاقمندان می‌توانند متن کامل مقاله را در صفحات ۱الی۶ همین شماره مشاهده نمایند.
