Na výskum biočipov a biosenzorov sa na Chemickom ústave SAV zameriavajú vedci pod vedením Jaroslava Katrlíka. V rámci projektu BIOGLYCO zachytávajú zmeny v cukrovej štruktúre na povrchu bielkovín, vďaka čomu dokážu rýchlejšie odhaliť rakovinu hrubého čreva a prostaty. Najnovšie skúmajú možnosti využitia biočipov aj pri rakovine prsníka.

Stopári

V živých organizmoch sa jednotlivé molekuly cukrov v určitom poradí „lepia“ na konkrétne miesta na povrchu bielkovín, čím ovplyvňujú ich vlastnosti. Pokiaľ je tento proces v poriadku, organizmus funguje tak, ako má. Ak však dôjde k zmenám, súvisí to s nástupom a vývojom viacerých ochorení, vrátane rakoviny. Vedci chcú preto vyvinúť metódu založenú na biočipoch, ktorá by zmeny dokázala rýchlo a spoľahlivo odhaliť.

Nový biočip z dielne SAV funguje tak, že sa naň nanesú vzorky, každá v objeme jednej stotisíciny kvapky.  Vzorky na povrchu čipu zreagujú s látkami, ktoré sa dokážu viazať na vybrané cukrové štruktúry. Väčšinou ide o lektíny, veľkú skupinu proteínov neimunitného pôvodu, no môžu sa použiť aj špeciálne protilátky.

Tieto látky sa označia fluorescenčnou značkou a v príslušnom čítacom zariadení sa biočip oskenuje. Následne sa vyhodnocuje intenzita detegovaných signálov, z ktorej sa dá určiť zastúpenie jednotlivých cukrových štruktúr vo vzorke.

„Znie to možno pomerne jednoducho, no celý postup zahŕňa množstvo ďalších krokov, ako napríklad predúpravu vzorky, izoláciu sledovaných proteínov, blokovanie biočipu, mnohonásobné premývanie a podobne,“ hovorí vedúci výskumu Jaroslav Katrlík.

Vedci potom údaje získané zo vzoriek od zdravých ľudí a od pacientov s nádorovým ochorením navzájom porovnávajú, vyhodnocujú a získané výsledky  preberajú a interpretujú spolu s biológmi a lekármi.

Doktorandi Martina Zámorová a Pavel Damborský pri práci s microaarray printerom počas prípravy biočipov, archív: Jaroslav Katrlík

Nielen rakovina

Detekcia zmien v štruktúre cukrov má veľký význam pri výskume samotného ochorenia a jeho diagnostike či terapii. „Tieto zmeny sú spojené nielen s rakovinou, ale aj s mnohými inými chorobami, ako sú autoimunitné či neurodegeneratívne ochorenia,“ hovorí Jaroslav Katrlík. Zároveň uvádza, že podobné biočipy, založené na cukroch, sa dajú použiť napríklad aj na detekciu vírusov.

Sledovanie glykozylačného stavu má podľa neho veľký význam aj pri príprave a využití bioliečiv založených na terapeutických proteínoch. Rovnako tiež v regeneratívnej medicíne založenej na kmeňových bunkách, keďže imunitná odpoveď organizmu podľa Katrlíka do značnej miery súvisí s kvalitou a kvantitou cukrov na povrchu cudzorodej látky, ktorá do neho vniká. Biočipové metódy sa vraj dajú využiť vo všetkých týchto prípadoch.

Zvyšujú citlivosť

Čipy však stále nie sú dokonalé a vedci sa snažia vyriešiť viaceré problémy. „Aktuálne, pri vyvíjaných biočipov je to zvyšovanie ich citlivosti a selektívnosti,“ hovorí Jaroslav Katrlík. Mnohé z proteínov, ktoré sledujú, majú totiž vo vzorkách od pacientov príliš nízku koncentráciu.

Okrem toho momentálne riešia aj rozšírenie možností využitia vyvíjaných techník. Na ústave totiž pracuje viacero skupín, ktoré sa na špičkovej úrovni venujú rôznym metódam a prístupom v oblasti glykomiky, čo je veda zaoberajúca sa výskytom, charakterizáciou a funkciami cukrov v organizmoch.

Chemický ústav SAV na projekte spolupracuje s Ústavom molekulárnej fyziológie a genetiky SAV, Virologickým ústavom Biomedicínskeho centra SAV a Ústavom polymérov SAV. Zároveň rozbieha spoluprácu aj s klinickým pracoviskom v srbskom Belehrade a s ďalšími medicínskymi pracoviskami, čo by mohlo pomôcť posunúť hranice poznania, ako aj vytvoriť platformu pre vznik nových produktov založených na tomto výskume.