Deutsch
Francais
Nederlands
Svenska
Norsk
Dansk
Suomi
Espanol
Italiano
Portugues
Magyar
Polski
Cestina
Русский
Elektrochemische biosensoren, opgebouwd uit stapels gouden microchips en microfluïdische kanalen, bieden een innovatieve benadering voor het detecteren van kankerbiomarkers. Deze technologie maakt gebruik van een haarspeldproef, waarbij een porfyrinegelabeld moleculair beacon wordt bevestigd op een gouden elektrode. Deze beacon hybridiseert met het doeldna, waardoor veranderingen in de elektrische stroomintensiteit ontstaan die een directe indicatie geven van de aanwezigheid van specifieke biomarkers zoals DAPK, E. Cad en RARβ. Porfyrine wordt ingebed in de hydrofobe groeve van dubbelstrengs DNA, en hierdoor neemt het elektrochemische signaal af naarmate de afstand tussen porfyrine en elektrode toeneemt tijdens de interactie. Interessant genoeg vertonen enkelstrengs DNA en hybride structuren verschillende signaleringspatronen, die als aan- en uit-standen kunnen fungeren voor het detectiesignaal.
Dankzij een scantieftijd van minder dan 20 minuten zijn deze elektrochemische microfluïdische sensoren zeer geschikt voor toepassingen waarbij snelle, meervoudige biomarker detectie vereist is, bijvoorbeeld bij point-of-care diagnostiek. Colorectale kanker, verantwoordelijk voor ongeveer 10% van de kankerincidentie bij mannen en vrouwen, kan via deze methoden vroegtijdig worden opgespoord, wat cruciaal is gezien het grote verschil in overlevingskansen tussen lokale en gemetastaseerde stadia. Naast de gouden standaard colonoscopie zijn tests zoals de fecale immunochemische test (FIT) steeds belangrijker geworden vanwege hun gevoeligheid en gebruiksgemak. FIT toont voordelen ten opzichte van oudere guaiac-gebaseerde fecale occult bloedtests door een hogere detectiegevoeligheid en minder beperkingen qua dieet of medicatie.
Aptameer-gebaseerde sensoren hebben de afgelopen jaren veel aandacht gekregen vanwege hun geringe grootte (ongeveer 100 nucleotiden), eenvoudige chemische synthese, stabiliteit bij kamertemperatuur en consistente prestaties, in tegenstelling tot grotere en instabielere antilichamen. Door zelfopbouw van een monolaag van 11-mercaptoundecaanzuur tussen een nano-gouden elektrode en een aangepast aptameer, kunnen meerdere kankercellen gelijktijdig worden geïdentificeerd met hoge precisie.
De voortdurende vooruitgang in miniaturisatie, nanotechnologie en microfluïdica drijft de ontwikkeling van point-of-care (POC) diagnostiek naar lagere kosten, eenvoudigere bediening en hogere sensitiviteit. Flexibele huidachtige sensoren in combinatie met draadloze communicatie bieden een unieke mogelijkheid voor continue, real-time monitoring van patiënten, zowel preventief als voor infectiebeheer. Ultrasensitieve biosensoren vormen een van de grootste wetenschappelijke uitdagingen van deze eeuw: ze moeten snel, selectief en betaalbaar zijn, en tegelijkertijd een breed scala aan biomoleculen kunnen detecteren, zoals eiwitten, nucleïnezuren en enzymen. Door gebruik van nanodeeltjes in diagnostiek worden gevoeligheid en responstijd verhoogd, terwijl de kosten dalen.
Point-of-care testing (POCT) kan direct bij de patiënt, in klinieken, thuis of in het ziekenhuis plaatsvinden, wat een paradigmaverschuiving betekent in hoe diagnoses gesteld en gevolgd worden. Biosensorische technologieën verbeteren prestaties als gevoeligheid, stabiliteit, reactietijd en signaal-ruisverhouding, en maken compacte, draagbare apparaten mogelijk. Het handhaven van goede gezondheidsstrategieën hangt in toenemende mate af van het vermogen om gezondheidsparameters continu en betrouwbaar te monitoren, wat nanosensoren voor POCT tot een onmisbaar onderzoeksgebied maakt. Uiteindelijk zullen patiënten en zorgverleners profiteren van op maat gemaakte apparaten die preventieve geneeskunde, mobiele gezondheidszorg en telemedicine ondersteunen.
De succesfactoren van POCT hangen echter sterk af van het overwinnen van uitdagingen bij het opschalen van laboratoriumtechnologieën naar economisch en klinisch haalbare platforms. Er is daarom intensief onderzoek noodzakelijk om de toepassingen van nanosensoren te verbeteren en hun inzetbaarheid te vergroten. Dit omvat niet alleen technische optimalisaties, maar ook het voldoen aan regelgeving, gebruiksvriendelijkheid en integratie in bestaande zorgprocessen.
Naast de technologische aspecten is het belangrijk te beseffen dat de interpretatie van biomarkergegevens altijd in een klinische context moet plaatsvinden. De aanwezigheid van bepaalde moleculaire markers zegt niet altijd direct iets over ziekteprogressie of behandelrespons zonder aanvullende medische beoordeling. Dit onderstreept de rol van biosensoren als ondersteunend diagnostisch hulpmiddel, niet als vervanging van uitgebreide medische diagnostiek.
Welke rol spelen schimmelpathogenen bij zonnebloemzaad en hoe beïnvloeden ze de biosynthese van nanodeeltjes?
Zonnebloemen (Helianthus annuus L.) behoren tot de familie Asteraceae en zijn wereldwijd een van de belangrijkste commerciële oliezaadculturen. De kwaliteit en opbrengst van zonnebloemen worden sterk beïnvloed door diverse zaadgedragen pathogenen, met name schimmels. Deze schimmelpathogenen veroorzaken uiteenlopende ziekten zoals zaadrot, bladvlekken, roest en verwelking, wat resulteert in een verlaagde kiemkracht en oogstkwaliteit. De zaadgedragen schimmels vormen een aanzienlijk probleem, aangezien ze niet alleen het zaad aantasten maar ook tijdens opslag kunnen blijven groeien, waardoor de zaadkwaliteit verder achteruitgaat.
Uit onderzoek blijkt dat zonnebloemzaden geassocieerd zijn met een brede variëteit aan schimmelsoorten. Onder deze worden Aspergillus flavus, Aspergillus niger, Fusarium moniliforme en Alternaria alternata het meest frequent gevonden, met incidentiecijfers die in sommige gevallen oplopen tot 70%. Deze schimmels kunnen zaden systematisch besmetten, wat leidt tot afgenomen zaadkieming en uiteindelijk tot verminderde opbrengsten. Methodes zoals de agarplaattechniek, blotterpapier en zaadwasmethoden worden gebruikt om deze schimmels te isoleren en te identificeren. Hierbij blijkt de agarplaatmethode het meest effectief voor het stimuleren van schimmelgroei, wat waarschijnlijk te danken is aan de voedingsstoffen in het aardappel-dextrose-agarmedium.
Naast het identificeren van pathogene schimmels, is er een opkomende interesse in het gebruik van deze micro-organismen voor biotechnologische toepassingen, zoals de biosynthese van nanodeeltjes. Specifiek kunnen bepaalde schimmels, waaronder Aspergillus flavus, Aspergillus niger en Fusarium moniliforme, gebruikt worden om zinkoxide (ZnO) nanodeeltjes te synthetiseren. De biosynthese verloopt via een biologisch proces waarin de schimmel in een voedingsbodem groeit en vervolgens met zinksalt-oplossingen wordt behandeld. Dit proces vindt plaats bij gecontroleerde pH-waarden en temperatuur, waarbij de schimmelmembraan biomoleculen produceert die de reductie en stabilisatie van nanodeeltjes bevorderen. Het resultaat is een mengsel van stabiele ZnO nanodeeltjes die nadien verder kunnen worden gekarakteriseerd.
Deze dubbele rol van schimmels – zowel als zaadpathogeen als biologische fabriek voor nanodeeltjes – benadrukt de complexiteit en het potentieel van de plant-micro-organisme interactie. Begrip van de diversiteit aan schimmelsoorten op zonnebloemzaden is cruciaal, niet alleen voor het bestrijden van ziekten, maar ook voor het benutten van hun biotechnologische eigenschappen. De aanwezigheid van diverse schimmelsoorten met verschillende incidentiecijfers impliceert een genuanceerde aanpak bij zaadbehandeling en opslag. Het herkennen van de dominante schimmels en hun levenscycli kan bijdragen aan betere strategieën om zaadkwaliteit en opbrengst te waarborgen.
Bovendien is inzicht in de biosynthesemechanismen van nanodeeltjes met behulp van schimmels fundamenteel voor het verbeteren van productiemethoden. Variaties in pH, zinksaltsoorten en incubatietijden hebben invloed op de grootte, vorm en efficiëntie van de nanodeeltjesproductie. Dit suggereert dat biosynthese een nauwkeurig gecontroleerd proces vereist om reproduceerbare en doelgerichte nanomaterialen te verkrijgen.
Naast de inhoudelijke kennis van de schimmelflora en biosynthese is het van belang om te beseffen dat schimmelbesmettingen ook ecologische en economische consequenties hebben. Ziekten veroorzaakt door zaadgedragen schimmels kunnen leiden tot grote verliezen in de landbouwproductie en beïnvloeden de voedselzekerheid. Het ontwikkelen van geïntegreerde beheersstrategieën die biologische, chemische en agronomische maatregelen combineren, is daarom noodzakelijk.
Ten slotte kan de studie van schimmel-gedreven biosynthese bijdragen aan de ontwikkeling van milieuvriendelijke en duurzame technologieën in de nanotechnologie. Door micro-organismen te gebruiken voor de productie van nanodeeltjes, wordt het gebruik van gevaarlijke chemicaliën beperkt, wat een stap vooruit is in groene chemie en biotechnologie.