©2019 by DoediesZot. Proudly created with Wix.com

Contact

Vragen? Opmerkingen? Een dikke vette roddel?
Stuur het onze richting uit met dit formulier of stalk ons op sociale media.

Agoriaprijs

2015

In 2015 nam ik deel aan de Vlaamse Scriptieprijs met mijn Masterthesis 'De impact van buffers op de adsorptie van globine in mesoporeus titania'. Hiermee behaalde ik de longlist van de Agoriaprijs, een specifieke award voor scripties rond technologie en innovatie. En dit was mijn inzending:

Word je eigen dokter dankzij de biosensor

Wie denkt zwanger te zijn, koopt tegenwoordig een zwangerschapstest in de dichtstbijzijnde supermarkt. Het is snel, het is goedkoper dan een doktersbezoek, maar het is bovenal ontzettend eenvoudig te gebruiken. Wie echter denkt een griepje te hebben of een virale infectie, moet het nog steeds doen met die muffe wachtzaal bij de huisarts. Voorlopig toch. Want dezelfde technologie die schuil gaat achter de zwangerschapstest, kan ook gebruikt worden om andere medische verschijnselen te meten. Het hoeft zich zelfs niet tot geneeskunde alleen te beperken. Gelijkaardige instrumenten als de zwangerschapstest worden tegenwoordig ontwikkeld om bv. de houdbaarheid en veiligheid van je voedsel na te gaan. De mogelijkheden zijn eindeloos. Dat jij en ik echter geen multifunctionele meetstaaf aan onze sleutelbos hebben hangen, heeft alles te maken met de tekortkomingen die deze technologie vandaag helaas nog vertoont, zoals matige stabiliteit en zwakke signaaloverdracht. Het doel van deze thesis was dan ook om deze uitdagingen aan te pakken.

Wat is een biosensor?

Het principe waarop de zwangerschapstest is gebaseerd wordt een biosensor genoemd. Een biosensor is een meettoestel dat bestaat uit biomoleculen enerzijds en een detector anderzijds. In deze thesis werden proteïnen gebruikt als biomoleculen, dus laat ons voor de eenvoud daar op focussen. Wanneer een biosensor wordt gebruikt om een staal te meten, zullen deze proteïnen specifiek reageren met de moleculen in dat staal. Die reactie zorgt voor een signaal, dat op zijn beurt naar de detector wordt overgebracht. Dit signaal geeft informatie over zowel de soort moleculen in het staal als hun concentratie.

In theorie is dit een heel succesvol systeem. In praktijk is er echter één groot nadeel aan proteïnen: hun stabiliteit.

Net zoals het eiwit in een kippenei van vloeibaar tot vast verandert bij opwarming, veranderen ook de eiwitten in je lichaam onder invloed van bv. temperatuur. Een eiwitmolecule ziet er namelijk uit als een touw. In stabiele vorm is dit touw stevig opgerold tot een bolletje. Verandering van temperatuur of zuurtegraad kan er echter voor zorgen dat dit bolletje afrolt. Hierdoor verliest het eiwit zijn activiteit en wordt de biosensor waardeloos. Dit afrollen wordt ook denaturatie genoemd.

In dit onderzoek werd getracht denaturatie te voorkomen door verschillende strategieën uit te testen.

Deze afbeeldingen geeft weer hoe denaturatie van proteïnen zich uit op macroscopische (boven) en microscopische schaal (onder).

Strategie 1: Buffers

Zoals eerder gezegd is de stabiliteit van de proteïnen o.m. afhankelijk van de zuurtegraad. Vandaar zullen proteïnen niet in zuiver water opgelost worden, maar in een bufferoplossing. Buffermoleculen zorgen er namelijk voor dat de zuurtegraad in een oplossing constant wordt gehouden. In deze thesis werden drie verschillende buffers uitgetest: PBS, Tris en Hepes. Uit experimenten is gebleken dat de Trisbuffer de zuurtegraad en dus de activiteit van de proteïnen het langst stabiel kon houden, kort gevolgd door PBS, met Hepes als minst geschikte buffer.

Strategie 2: Immobilisatie

Het toevoegen van buffers zal voornamelijk de stabiliteit verbeteren. In de inleiding werd echter ook over het signaal gesproken. Zoals je ondertussen weet wordt er een signaal gecreëerd wanneer het proteïne reageert met de moleculen in het staal. Het overbrengen van het signaal naar de detector is echter niet optimaal. In het verleden werd hier reeds een oplossing voor bedacht, namelijk de mediator. Mediatormoleculen brengen het signaal van bij het proteïne tot bij de detector, zoals een postbode dat zou doen. In dit onderzoek wordt echter een nieuwe strategie uitgevoerd, nl. immobilisatie. Als mediatoren postbodes zijn, dan is immobilisatie te vergelijken met een e-mail sturen. Het is sneller en je bent minder afhankelijk van de werking van de postbode/mediator (en of die onderweg al eens graag een babbeltje slaat).

Maar wat houdt immobilisatie dan in? Immobilisatie is het aanbrengen van de proteïnen op een drager, zodat ze niet meer vrij kunnen bewegen en dus ‘immobiel’ worden. Dit proteïne-drager complex wordt vervolgens op de detector aangebracht, waardoor een rechtstreekse verbinding wordt gevormd tussen proteïne en detector. De overdracht van het signaal zal hierdoor verbeterd worden, maar ook de stabiliteit wordt geoptimaliseerd aangezien denaturatie wordt vermeden. Zie het als het lijmen van een bolletje touw op een stuk karton. Op die manier wordt afrollen moeilijk. Wanneer je dat bolletje touw echter vastlijmt in een kartonnen doosje, dat ongeveer even groot is als het bolletje touw, wordt afrollen nog moeilijker. Deze strategie wordt in dit onderzoek ook onderzocht. Er zal namelijk geen gewoon vlak dragermateriaal gebruikt worden, maar een poreus materiaal, d.w.z. een materiaal dat poriën bevat. Door de proteïnen in die poriën te immobiliseren wordt niet alleen de signaaloverdracht verbeterd, maar ook de stabiliteit.

Combinatie van buffer en immobilisatie

De grote uitdaging in deze thesis was echter het combineren van beide strategieën. De buffermoleculen mogen namelijk de immobilisatie niet verhinderen, door bijvoorbeeld zelf te ‘kleven’ op het oppervlak en in de poriën. Hiervoor werden opnieuw PBS, Tris en Hepes als buffer gebruikt. PBS bleek de minst geschikte buffer te zijn. Deze buffer interageert namelijk te intens met het oppervlak, waardoor alle bindingssites voor het proteïne werden bezet.

Hepes daarentegen, interageert helemaal niet met het oppervlak, maar stabiliseert het proteïne ook niet. De meest geschikte buffer is nog steeds Tris, ook al reageert deze wel met het oppervlak. Door te binden aan het oppervlak, vormt Tris namelijk betere bindingssites voor het proteïne, waardoor dit sterker interageert met het oppervlak. Bovendien werden meer proteïnemoleculen in de poriën geïmmobiliseerd dan bij de andere buffers.

Conclusie

Hoewel deze thesis slechts het topje van de biosensor-ijsberg behandelt, werden reeds essentiële resultaten bekomen. Voor de optimale werking van biosensoren is het immers noodzakelijk dat de bestanddelen ervan stabiel blijven. Daarnaast moet ook de overdracht van het signaal op een vlotte manier gebeuren. Voor beide eisen is in deze thesis een antwoord gevonden. Door Tris te gebruiken als buffer, blijven de proteïnen het langst stabiel. Door de proteïnen te immobiliseren blijven ze niet alleen langer stabiel, maar verloopt de overdracht van het signaal ook vlotter. Het gebruik van Tris zorgde er bovendien voor dat er meer proteïnen in de poriën terecht kwamen, waardoor zowel de stabiliteit als de signaaloverdracht erop vooruit gingen.

Maar vooraleer we die multifunctionele sensor aan onze sleutelbos kunnen hangen, zal er nog veel onderzoek moeten gebeuren. In deze thesis werd alvast een eerste stap gezet in de goede richting.