Verschillende chemische methoden voor het detecteren en kwantificeren van biomarkers worden routinematig gebruikt in zowel eiwitchemie als klinische diagnostiek, met name bij kankerdiagnoses en de beoordeling van de progressie van hart- en vaatziekten. Momenteel zijn methoden zoals high-performance vloeistofchromatografie (HPLC), enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) en massaspectrometrie afhankelijk van monsterverzameling uit het vasculaire compartiment 1,2,3 door bulkvloeistoftrekking of het interstitiële compartiment door microdialyse. Microdialyse maakt gebruik van een semipermeabele membraanbuis van bekende lengte die in een interessant gebied wordt geplaatst. Verzamelvloeistof wordt gedurende enkele minuten door de buis gedrenkt4 om het monster te verzamelen voor analyse5, waardoor de temporele resolutie wordt beperkt. Op deze manier bieden de verzamelde monsters slechts een gemiddelde waarde in de tijd van de lokale micro-omgeving en worden ze beperkt door de perfusiesnelheid en de verzameling van voldoende monstervolume. Bovendien vereisen deze methoden de bundeling van experimentele gegevens en signaalmiddeling; daarom kunnen ze geen rekening houden met variabiliteit tussen proefpersonen. Belangrijk is dat de tijd tussen monsterverzameling en daaropvolgende offline analyse onmiddellijke klinische interventie en therapeutica uitsluit.
In dit protocol wordt het gebruik van een capacitieve immunoprobe biosensor (CI-sonde) voor de tijd-opgeloste elektrische detectie van specifieke bioactieve peptiden beschreven. Neuropeptide Y (NPY), vrijgegeven uit post-ganglionaire sympathische neuronen die de vasculatuur, endocardium, cardiomyocyten en intracardiale ganglia innerveren, is een belangrijke neuromodulerende peptidetransmitter in het cardiovasculaire systeem 6,7,8,9. De hier gepresenteerde methode is ontworpen om NPY te meten en de experimentele haalbaarheid wordt aangetoond in een varkenshartmodel. Deze benadering is echter van toepassing op elk bioactief peptide waarvoor een selectief antilichaam beschikbaar is10. Deze methode is gebaseerd op de capacitieve overgang tussen een platinadraadsonde en de geleidende vloeistof aan de gefunctionaliseerde punt11,12. In deze toepassing werd de interactie gemedieerd door een antilichaam tegen het doelneuropeptide (NPY), dat gebonden was aan de elektrodepunt, waarbij de geleidende vloeistofomgeving werd gekoppeld. Deze functionalisatie werd bereikt door elektrodepositie van reactief polydopamine op de punt van de platinadraadsonde10,13.
Wanneer de antilichaam-gefunctionaliseerde sonde in vivo in een gebied van belang wordt geplaatst, leidt de geëvoceerde endogene NPY-afgifte tot binding aan de vangantistoffen op de sondepunt en wordt de geleidende vloeistof aan het elektrodeoppervlak verplaatst door het NPY-eiwit. Lokale verandering in de elektrische omgeving resulteert in de verplaatsing van hoog-mobiliteit, hoog-diëlektrische vloeistof met een onbeweeglijk, statisch geladen molecuul. Dit verandert de elektrode-vloeistofinterface en dus de capaciteit ervan, die wordt gemeten als een verandering in de laadstroom als reactie op een stapfunctiecommandopotentiaal. Een negatieve "reset" potentiaal wordt onmiddellijk na elke individuele meetcyclus gebruikt om gebonden NPY van het antilichaam af te weren door middel van elektrostatische interactie, waardoor de antilichaambindingsplaatsen worden vrijgemaakt voor volgende meetrondes10. Dit maakt het effectief mogelijk om NPY op een tijdsgebonden manier te meten. De unieke CI-techniek overwint de beperkingen van de hierboven beschreven op microdialyse gebaseerde immunochemische methoden om dynamische biomarkerniveaus van een enkel experiment te meten zonder gegevens te poolen of signaalmiddeling over verschillende experimenten9, waardoor gegevens in bijna realtime worden verstrekt. Bovendien biedt het vermogen om deze methode aan te passen aan elke biomarker van belang waarvoor er een geschikt antilichaam bestaat op een tijdsgeodepareerde en gelokaliseerde schaal een belangrijke technische vooruitgang in immunochemische metingen voor de evaluatie van ziekteprogressie en de begeleiding van therapeutische interventies.
De software voor data-acquisitie en -analyse is op maat geschreven in IGOR Pro (een volledig interactieve softwareomgeving). Een analoog naar digitaal converter (A/D) systeem gaf een commandospanning onder computerbesturing en verkreeg gegevens van een aangepaste versterker. De versterker bezat bepaalde unieke eigenschappen. Deze omvatten een feedbackweerstand (schakelbaar) voor elk van de vier acquisitiekanalen, waardoor 1 MOhm of 10 MOhm feedbackspanningspancircuits konden worden gekozen om de variabiliteit van de elektrode te integreren. Een podiumeenheid met een enkele kop en een wederzijds aard- / referentiecircuit voor alle vier de acquisitiekanalen werd ook gebouwd om het apparaat dicht bij de borst in een enkele fysieke module te plaatsen. Een 1 MOhm feedbackweerstandsinstelling werd gebruikt om alle gerapporteerde gegevens te verzamelen.
De filter- en versterkingsinstellingen werden getelegrafeerd van de versterker en opgenomen in het gegevensbestand. Gegevens werden gefilterd op 1 kHz via een 2-polig analoog Bessel-filter gedigitaliseerd op 10 kHz. Het verschil in potentiaal tussen de sonde en de omringende geleidende oplossing creëert een Helmholtz capacitieve laag aan de sondepunt. Ligandbinding aan het antilichaam aan de sondepunt resulteert in een veranderde lokale lading en dus een verandering in de Helmholtz-capaciteit. Deze verandering in de capacitieve component van het circuit resulteert in een verschuiving in de grootte van de geïnjecteerde lading die nodig is om de sonde naar de potentiaal in het stapfunctiespanningsprotocol te brengen. De binding van een specifiek ligand aan de gefunctionaliseerde sonde resulteert dus in een verandering in de elektrodecapaciteitsmeting als een verandering in de piek capacitieve stroom.