Proteasen sind multifunktionelle Enzyme, die die Hydrolyse von Peptidbindungen spezialisiert und haben wesentliche Kontrolle über viele biologische Prozesse, einschließlich der Homöostase, Handlungspotentiale und Krankheit1. Ein veränderter Bewusstseinszustand der Protease-Aktivität hat zu einer Vielzahl von Krankheiten, einschließlich Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen, machen Proteasen attraktive Kandidaten für die Entwicklung in klinischen Biomarker2,3korreliert. Darüber hinaus ist die Protease-Aktivität funktional verknüpften zu unterscheiden Pathogeneses, Behandlungsergebnisse und Prognose der Erkrankung4. Im großen und ganzen, Biosensoren wurde entwickelt, um verschiedene biologische Phänomene zu erkennen und Krankheiten wie Krebs, neurodegenerativen Erkrankungen und Elektronentransfer verarbeitet5,6,7,8 , 9. genauer gesagt, Protease Substrat-basierte Sensoren wurden entwickelt, um die Protease-Aktivität zu erkennen, und beinhalten Fluorogenic Sonden für die diagnostische Bildgebung10 und isotopischer beschriftet Peptid Substrate für in-vitro- Erkennung durch Massenspektrometrie11. Darüber hinaus wurden Activity based Sonden entwickelt, die Substrat-Regionen, die binden oder ändern das Ziel Protease12enthalten. Mit dieser Methode wird die Ziel-Protease irreversibel gehemmt, wenn aktiven Seite geändert wird, und Analyse des Gewebes, das in Vivo Anwendungen begrenzt Ernte benötigt. Jedoch ist es wichtig, die Protease-Aktivität in Vivo, Sinn, weil Regulierung der Protease-Aktivität stark abhängig vom Kontext des anderen biologischen Aktivitäten wie das Vorhandensein von endogene Inhibitoren ist.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Formulierung des Activity based Nanosensoren zu beschreiben, die Protease-Aktivität in Vivo zu erkennen, indem Sie ein messbares Signal im Urin produzieren. Diese Plattform dient als eine nicht-invasive Diagnostik, um komplexe Krankheiten wie Krebs mithilfe Dysregulated Protease-Aktivität als funktionelle Biomarker zu unterscheiden. Unsere Nanosensor-Plattform besteht aus Eisenoxid-Nanopartikeln (IONP) konjugiert, Protease Substrate. Diese Substrate werden von einem fluoreszierenden Reporter beendet die Proteasen Spalten das Substrat freigesetzt wird. Diese IONPs in Vivozirkulieren, zu Krankheit Websites lokalisieren und setzen Substrate zu aktiven krankheitsassoziierten Proteasen. Nach der Spaltung fluoreszierende Reporter freigegeben sind und aufgrund ihrer geringen Größe sind in Urin, gefiltert, während uncleaved Substrate auf die IONP im Körper verbleiben. Daher führt eine Erhöhung der Protease Tätigkeiten in Vivo in höheren Konzentrationen der Reporter im Urin (Abbildung 1). Da unsere Plattform ein Urin-Test ist, keine imaging Plattform ist erforderlich und Diagnosesignale im Urin angereichert.
Diese Plattform kann entwickelt werden, um eine Vielzahl von Krankheiten einschließlich Krebs, Fibrose und Thrombose13,14zu erkennen. Hier beschreiben wir das Design der Nanosensoren Erhebungen in Matrix Metallopeptidase 9 (MMP9) erkennen Aktivität als Biomarker von Dickdarmkrebs. Darmkrebs ist die zweithäufigste Ursache für Krebstod in den Vereinigten Staaten, mit schätzungsweise 136.800 neue Fälle und 50.300 Todesfälle in 2014 allein15. Kolorektalen Tumorzellen produzieren MMP9, das gezeigt worden ist, zur malignen Progression, Matrix Schädigung sowie Metastasen16fahren. Darüber hinaus haben wir eine geeignete Peptid-Substrat (PLGVRGK) aus der Literatur17für MMP9 identifiziert. Diese Plattform kann für Früherkennung und kostengünstige Point-of-Care Diagnostik13,14,18,19,20,21verwendet werden.

Abbildung 1: Schematische Nanosensor Aktivität In Vivo. Nanosensoren durch den Körper zirkulieren und auf Seiten der Krankheit zu lokalisieren. Krankheitsbezogenen Proteasen Spalten dann Peptid Substrate von IONPs präsentiert. Die Größe der Fragmente gespalten ermöglicht renale Clearance, wodurch sie im Urin zu lokalisieren. Nachdem das Tier uriniert, können diese Peptid-Fragmente durch ihre Reporter Molekül analysiert werden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.