An-aptameergebaseerde Sensor voor Unchelated Gadolinium (III)

Het toenemende belang van magnetic resonance imaging (MRI) in klinische diagnose, die wordt begrensd door de inherente gevoeligheid van de techniek heeft geleid tot de snelle groei van het onderzoek naar de ontwikkeling van nieuwe gadolinium gebaseerde contrastmiddelen (GBCAs) ^1. GBCAs zijn moleculen die worden toegediend om de beeldkwaliteit te verbeteren, en zij hebben meestal de chemische structuur van een trivalent ion gadolinium (Gd ³⁺⁾ gecoördineerd aan een meertandige ligand. Dit complexatie is van cruciaal belang als unchelated Gd ³⁺ is giftig; Het is betrokken bij de ontwikkeling van nefrogene systemische fibrose bij sommige patiënten met nierziekte of mislukking ^2. Bijgevolg, het detecteren van de waterige vrije ion is behulpzaam bij het waarborgen van de veiligheid van GBCAs. De aanwezigheid van unchelated Gd ³⁺ in GBCA oplossingen vaak het gevolg van een onvolledige reactie tussen het ligand en de ionen dissociatie van het complex, of displacement door andere biologische metaalkationen ^3.

Onder de verschillende technieken die momenteel gebruikt om de aanwezigheid van Gd ^3+, die berusten op chromatografie en / of spectrometrie hoogste rang qua veelzijdigheid en toepasbaarheid ^4. Onder hun sterke punten zijn hoge gevoeligheid en nauwkeurigheid, de mogelijkheid om verschillende matrices (inclusief humaan serum ^5, urine en haren ^{6, 7} afvalwater en contrastmiddel formuleringen ⁸⁾ en de gelijktijdige kwantificering van meervoudige Gd ³⁺ complexen een bedrijf ervan ( van studies voorafgaand aan 2013 wordt beschreven in een algehele herziening van Telgmann et al.) ^4. Het enige nadeel is dat een aantal van deze methoden vereisen instrumentatie (bijvoorbeeld inductief gekoppelde plasma-massaspectrometrie) ⁴ dat sommige laboratoria geen toegang kunnen krijgen. In het kader van nieuwe GBCA ontdekking in het onderzoek en de proof-of-concept niveau, arelatively gemakkelijker, sneller en kosteneffectieve spectroscopische gebaseerde methode (zoals UV-Vis absorptie of fluorescentie) kan dienen als een waardevol alternatief. Met deze toepassingen in het achterhoofd, een fluorescent-aptameergebaseerde sensor voor waterige Gd ³⁺ werd ontwikkeld ^9.

De aptameer (Gd-aptameer) is een 44-base lange enkelstrengs DNA-molecuul met een specifieke sequentie van basen die werd geïsoleerd door het proces van systematische evolutie van liganden door exponentiële verrijking (SELEX) ^9. De aptameer te vormen tot een fluorescerende sensor, wordt een fluorofoor aan het 5'-uiteinde van de streng, die vervolgens gehybridiseerd met een quenching streng (QS) via 13 complementaire basen (figuur 1) bevestigd. Het QS is gelabeld met een donkere quenchermolecuul op de 3 'terminus. Aangezien Gd ^3+, de sensor (Gd-sensor), bestaande uit een 1: 2 respectievelijk molverhouding van Gd-aptameer en QS, zal een minimale fluorescentie-emissie als gevolg to energieoverdracht van de fluorofoor naar de onderdrukker. De toevoeging van waterig Gd ³⁺ zal de QS verplaatsen van de Gd-aptameer, resulterend in een toename in fluorescentie-emissie.

Figuur 1. De sensor (Gd-sensor), die bestaat uit de 44-voet lange aptameer (Gd-aptameer) getagged met fluoresceïne (een fluorofoor) en de 13-voet lange blussen streng (QS) getagged met DABCYL (een donkere quencher) . Aangezien unchelated Gd3 ⁺ de fluorescentie van de sensor is minimaal. Onder toevoeging van Gd ^3+, verplaatsing van de QS optreedt en een toename in fluorescentie-emissie waargenomen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Er is op dit moment, een veelgebruikte-spectroscopische methode voor het detecterening waterige Gd ^3+. Deze test maakt gebruik van het molecuul xylenol oranje, die een verschuiving van de maximale absorptiegolflengte 433-573 nm bij chelatie het ion ¹⁰ ondergaat. De verhouding van deze twee absorptiemaxima kan worden gebruikt om de hoeveelheid unchelated Gd ³⁺ kwantificeren. De aptameer sensor een alternatief (ook complementair zijn) aan de xylenol oranje assay, zoals de twee methoden hebben verschillende reactiecondities (zoals pH en samenstelling van de bufferoplossingen gebruikt), doel selectiviteit, lineaire reeksen van kwantificering en detectie voorwaarden ^9.