PL234329B1 - Biosensor do oznaczania stężenia enzymu katepsyny L - Google Patents

Biosensor do oznaczania stężenia enzymu katepsyny L Download PDF

Info

Publication number
PL234329B1
PL234329B1 PL422097A PL42209717A PL234329B1 PL 234329 B1 PL234329 B1 PL 234329B1 PL 422097 A PL422097 A PL 422097A PL 42209717 A PL42209717 A PL 42209717A PL 234329 B1 PL234329 B1 PL 234329B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
cathepsin
biosensor
concentration
layer
leu
Prior art date
Application number
PL422097A
Other languages
English (en)
Other versions
PL422097A1 (pl
Inventor
Ewa Gorodkiewicz
Anna Tokarzewicz
Adam Hermanowicz
Original Assignee
Univ Medyczny W Bialymstoku
Univ W Bialymstoku
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Medyczny W Bialymstoku, Univ W Bialymstoku filed Critical Univ Medyczny W Bialymstoku
Priority to PL422097A priority Critical patent/PL234329B1/pl
Publication of PL422097A1 publication Critical patent/PL422097A1/pl
Publication of PL234329B1 publication Critical patent/PL234329B1/pl

Links

Landscapes

  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest biosensor umożliwiający specyficzne oznaczanie katepsyny L. Biosensor składa się ze szkiełka (1) oraz czterech warstw, na które nałożona jest siatka fotopolimerowa (6) dzieląca biosensor na partycje. Spodnią warstwę biosensora stanowi chrom (3), na którego powierzchnię nałożone jest złoto (2), warstwa funkcjonalizowanego tiolu (4). Warstwę czułą (5) biosensora stanowi specyficzny, zimmobilizowany inhibitor katepsyny L (Arg-Lys-Leu-Leu-Trp-NH2, C35H59N11O5, masa cząsteczkowa: 713,91 g/mol).

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest biosensor do oznaczania stężenia enzymu katepsyny L (kat. L), zwłaszcza techniką powierzchniowego rezonansu plazmonów w wersji Imaging (SPRI).
Katepsyna L (EC 3.4.22,15, endopeptydaza tiolowa) jest jedną z 11 ludzkich cysternowych proteaz (rodzina: peptydazy C1), która wykazuje podobieństwo katalityczne i sekwencyjne do niespecyficznej proteazy roślinnej - papainy. Wszystkie cysteinowe katepsyny wykazują maksymalną aktywność w lekko kwaśnym pH. Katepsyna L wykazuje maksimum aktywności (jest relatywnie trwała) w pH 4,4-5,5. Jest nietrwała w pH obojętnym (pH ~7,0). Enzym ten odgrywa główną rolę (wykazuje zdecydowanie wyższą aktywność niż katepsyna B czy katepsyna H) w lizosomalnej proteolizie zarówno komórkowych, jak i endocytozowanych makrocząsteczek. Hydrolizuje ciężkie i lekkie łańcuchy miozyny, aktynę, troponinę T, troponinę I, α-aktyninę, titinę, nebulinę. Enzym ten jest dimerem zbudowanym z łańcucha ciężkiego (175 aminokwasów) oraz łańcucha lekkiego (42 aminokwasy), które połączone są ze sobą mostkiem siarczkowym.
Katepsyna L jest pierwszą ludzką proteazą, która katalitycznie inaktywuje inhibitor proteinaz. Odgrywa ważną rolę w rozwoju oraz funkcjonowaniu ludzkiego endometrium i rozwoju zarodkowym. Ponieważ katepsyna L degraduje składniki macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM), uważa się, że enzym ten odgrywa kluczową rolę w rozwoju nowotworu, metastazie oraz innych schorzeniach, w których degradacja składników ECM jest głównym czynnikiem rozwoju choroby. Katepsyna L bierze aktywny udział w powstawaniu takich chorób jak: dystrofia mięśniowa, choroby przyzębia, resorpcja kości, reumatyzm. Wpływa na rozwój choroby nowotworowej oraz tworzenie przerzutów.
Wiele nowotworów takich jak nowotwór nerki, jąder, piersi, jajnika i okrężnicy wykazuje podwyższoną ilość katepsyny L, niż ma to miejsce w zdrowej tkance. Ekspresję katepsyny L w tkankach guza badano w raku pęcherza, ludzkiego glejaka, raka nosowej części gardła i stwierdzono, że jej podwyższony poziom wiąże się ze złym rokowaniem pacjenta. [Malinowska-Pańczyk E., et al., Medycyna Wet., 2009: 65, 817-822; Mason R.W., et al., Biochem. J., 1985: 226, 233-241; Nomura T., et al., Biochem. Biophys. Res. Comm., 1996: 228, 792-796; Hashida S., et al., J. Biochem., 1980: 88, 1805-1811; Johnson D.A., et al., J. Biol. Chem., 1986: 261, 14748-14751; Alfonzo S., et al., Development, 1997: 124, 3415-3425; Jokima V., et al., Mol. Hum. Reprod., 2001: 7, 73-78; Weber E., et al., J. Cancer Res. Clin. Oncol., 1994: 120, 564-567; Mignatti P., et al., Physiol. Rev., 1993: 73, 161-195; Trabandt A., et al., Matrix, 1990: 10, 349-361; Villadangos J.A., et al., Immunol. Rev., 1999: 172, 109-120; Singh N., et al., World J. Gastroenterol., 2014; 20, 17532-40; Sadana R., et al., Indian J. Biochem. Biophys., 2003: 40, 315-23].
Do tej pory stężenie i aktywność enzymatyczną katepsyny L mierzono:
- fluorymetrycznie [Franta Z., et al., Int. J. Parasitol., 2011: 41, 1253-126; Sadana R., et al., Indian J. Biochem. Biophys., 2003: 40, 315-23; Ikeda Y., et al., J. Med. Invest., 2000: 47, 61-75; Sivaparvathi M., et al., Clin. Exp. Metastasis, 1996: 14, 27-34],
- immunohistologicznie [J. Liu et al., Atherosclerosis, 2006: 184, 302-11],
- testem immunoenzymatycznym (ELISA) [Liu Y., et al., Am. J. Cardiol., 2009: 103: 476-81;
J. Liu et al., Atherosclerosis, 2006: 184, 302-11; Singh N., et al., World J. Gastroenterol., 2014: 20, 17532-40],
- kolorymetrycznie [Kamboj R.C., et al., Biochimie., 1993: 75, 873-8],
- immunohistochemicznie [Singh N., et al., World J. Gastroenterol., 2014: 20, 17532-40],
- techniką reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR) w czasie rzeczywistym [J. Liu et al., Atherosclerosis, 2006: 184, 302-11],
- techniką Western Blot [J. Liu et al., Atherosclerosis, 2006: 184, 302-11].
Technika rezonansu powierzchniowego plazmonów (ang. Surface Plasmon Resonance Imaging) jest niezwykle skutecznym narzędziem do oznaczania biologicznie aktywnych związków, została przedstawiona m.in. w pracach Lee H.J., et al., J. Physiol., 2005: 563, 61-71; Lee H.J., et al., Anal. Chem., 2006: 78, 6504-10; Fang S., et al., J. Am. Chem. Soc., 2006: 128, 14044-46; Gorodkiewicz E., Protein Pept. Lett., 2009: 16, 1379-85; Gorodkiewicz E., et al., Protein Pept. Lett., 2010: 17, 1148-54; Gorodkiewicz E., et al., Microchim. Acta, 2011: 175, 177-184; Gorodkiewicz E., et al., Microchim. Acta, 2012: 176, 337-43; Gorodkiewicz E., et al., Cent. Eur. J. Chem., 2014: 12, 557-67, Sankiewicz A., et al., Analyt. Biochem., 2015: 469, 4-11, Grzywa R., et.al., Eur. J. Ob. Gyn. Rep. Biol., 2014: 182, 38-42, Laudański P., et al., Eur. J. Ob. Gyn. Rep. Biol., 2013: 169, 80-83.
Istotą wynalazku jest biosensor do oznaczania stężenia enzymu katepsyny L (kat. L). Biosensor składa się ze szkiełka pokrytego warstwą: złota, chromu, warstwą funkcjonalizowanego tiolu, warstwą
PL 234 329 B1 czułą oraz siatką fotopolimerową nie zasłaniającą miejsc aktywnych, dzielącą biosensor na partycje. Warstwę czułą stanowi inhibitor katepsyny L (Arg-Lys-Leu-Leu-Trp-NH2, C35H59N11O5, masa cząsteczkowa: 713,91 g/mol). Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskuje się bardzo szybką analizę badanego materiału, w tym: osocza, moczu, homogenatów tkanek na stężenie katepsyny L.
Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój pionowy przez biosensor, a fig. 2 przedstawia zakres prostoliniowy krzywej kalibracyjnej enzymu katepsyny L.
Biosensor do oznaczania stężenia enzymu katepsyny L (kat. L) składa się ze szkiełka (1) typu BK7, pokrytego warstwą złota (2) o grubości 50 nm, warstwą chromu (3), warstwą funkcjonalizowanego tiolu (4) - 1-oktadekanotiolu, warstwą czułą, którą stanowi inhibitor katepsyny L (Arg-Lys-Leu-Leu-Trp-NH2, C35H59N11O5, masa cząsteczkowa: 713,91 g/mol) (5) oraz siatką fotopolimerową (6) nie zasłaniającą miejsc aktywnych, dzielącą biosensor na partycje.
Biosensor działa współpracując z urządzeniem do pomiarów techniką powierzchniowego rezonansu plazmonów w wersji Imaging (SPRI). Biosensor kładzie się na pryzmacie urządzenia. Odpowiednie przygotowanie biosensora polega na zimmobilizowaniu na warstwie złota (2) warstwy funkcjonalizowanego tiolu (4) - 1-oktadekanotiolu, a na niej tworzy się monowarstwę inhibitora katepsyny L (Arg-Lys-Leu-Leu-Trp-NH2, C35H59N11O5, masa cząsteczkowa: 713,91 g/mol) (5) w zakresie stężeń 1-100 ng/ml. Z plateau otrzymanej krzywej odczytuje się stężenie tego inhibitora, przy którym następuje maksymalne wysycenie powierzchni biosensora. Na poszczególne pola biosensora zawierające dużą liczbę miejsc aktywnych, np. 12, nakłada się wzorzec katepsyny L tak, aby uzyskać stężenia 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 8,0; 10,0; 15,0 ng/ml. Stężenia te odpowiadają prostoliniowemu odcinkowi krzywej kalibracyjnej katepsyny L. Na wolne poła nakłada się próbki osocza pochodzących od zdrowych ludzi, jak i próbek osocza dzieci oparzonych.
Dwukrotnie rozcieńczone próbki osocza osób zdrowych i czterokrotnie rozcieńczone próbki surowicy krwi pobranej w trakcie zabiegu operacyjnego resekcji: guza jajnika, torbieli jajnika czy usunięcia pęcherzyka żółciowego nanoszone są na powierzchnie biosensora na 10 minut. Objętość przenoszonego roztworu wynosi ok. 3 pl. Powierzchnia biosensora jest przemywana co najmniej sześciokrotnie buforem HBS-ES oraz wodą. Mierzy się sygnał SPRI. Stężenie katepsyny L odczytuje się z krzywej kalibracyjnej.
P r z y k ł a d
Oznaczenie stężenia katepsyny L w próbkach osocza, pochodzących od osób zdrowych, jak i w surowicy krwi pobranej w trakcie zabiegu operacyjnego resekcji: guza jajnika, torbieli jajnika czy usunięcia pęcherzyka żółciowego. Z próbek osocza osób zdrowych otrzymano następujące wartości intensywności sygnału SPRI dla poszczególnych miejsc aktywnych:
1. 1931,49,
2. 2694,10,
3. 3261,97,
4. 2488,33,
5. 3244,27,
6. 2951,34,
7. 2312,91,
8. 2937,81,
9. 2464,49.
Odczytane z krzywej stężenia katepsyny L wynoszą odpowiednio (ng/ml):
1.2,53,
2.5,59,
3.7,87,
4.4,77,
5.7,80,
6.6,62,
7.4,06,
8.6,57,
9.4,67.
Po uwzględnieniu dwukrotnego rozcieńczenia otrzymano następujące wyniki stężenia:
1.5,06,
2. 11,18,
PL 234 329 B1
3. 15,74,
4.9,53,
5. 15,60,
6. 13,25,
7.8,12,
8. 13,14,
9.9,34.
Średnie stężenie wynosi 11,22 ng/ml.
Obliczony przedział ufności dla poziomu istotności a = 0,05 wynosi 2,32 ng/ml.
Średni wynik określono jako 11,22 ±2,32 ng/ml.
Z próbek surowicy krwi pobranej w trakcie zabiegu operacyjnego resekcji: guza jajnika, torbieli jajnika czy usunięcia pęcherzyka żółciowego wartości intensywności sygnału SPRI dla poszczególnych miejsc aktywnych:
1. 2180,78,
2. 2160,96,
3. 3641,58,
4. 3321,58,
5. 2521,22,
6. 2969,70,
7. 3596,34,
8. 3362,58,
9. 2674,66.
Odczytane z krzywej stężenia katepsyny L wynoszą odpowiednio:
1.3,53,
2.3,45,
3.9,39,
4.8,11,
5.4,90,
6.6,70,
7.9,21,
8.8,27,
9.5,51.
Po uwzględnieniu czterokrotnego rozcieńczenia otrzymano następujące wyniki stężenia:
1. 14,13,
2. 13,81,
3. 37,57,
4. 32,44,
5. 19,59,
6. 26,79,
7. 36,85,
8. 33,09,
9. 22,05.
Średnie stężenie wynosi 26,26 ng/ml.
Obliczony przedział ufności dla poziomu istotności a = 0,05 wynosi 7,97 ng/ml.
Średni wynik określono jako 26,26 ±7,97 ng/ml.

Claims (1)

  1. Zastrzeżenie patentowe
    1. Biosensor do oznaczania stężenia enzymu katepsyny L składający się ze szkiełka (1), pokrytego warstwą złota (2), chromu (3), warstwą funkcjonalizowanego tiolu (4), warstwą czułą oraz siatką fotopolimerową (6) nie zasłaniającą miejsc aktywnych, znamienny tym, że warstwę czułą (5) stanowi inhibitor katepsyny L Arg-Lys-Leu-Leu-Trp-NH2.
    PL 234 329 B1
    Rysunki ! 4ν'-'ψ ^*»*»ί*'
    Zależność sygnału SPRI od stężenia Katepsyny L
    Sygnał SPRI (A.U.)
    6000
    5000
    4000
    3000
    2000
    1000
    1------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ γ = 24! n; ,22x+13OC . Π QRriA— ,6 ^λ·*·*4^**- ttf****' ŁiA*1^**
    4 6 8 10 12
    Stężenie katepsyny L (ng/ml)
    Fig· 2
PL422097A 2017-07-03 2017-07-03 Biosensor do oznaczania stężenia enzymu katepsyny L PL234329B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL422097A PL234329B1 (pl) 2017-07-03 2017-07-03 Biosensor do oznaczania stężenia enzymu katepsyny L

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL422097A PL234329B1 (pl) 2017-07-03 2017-07-03 Biosensor do oznaczania stężenia enzymu katepsyny L

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL422097A1 PL422097A1 (pl) 2019-01-14
PL234329B1 true PL234329B1 (pl) 2020-02-28

Family

ID=64958828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL422097A PL234329B1 (pl) 2017-07-03 2017-07-03 Biosensor do oznaczania stężenia enzymu katepsyny L

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL234329B1 (pl)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL396170A1 (pl) * 2011-09-02 2013-03-04 Politechnika Poznanska Biosensor do oznaczania 20S Proteasomu z wykorzystaniem inhibitora Epoksomycyny
PL396171A1 (pl) * 2011-09-02 2013-03-04 Politechnika Poznanska Sensor zwlaszcza do specyficznej akumulacji i ilosciowego oznaczania proteasomu S20
PL402360A1 (pl) * 2013-01-04 2014-07-07 Uniwersytet W Białymstoku Biosensor do oznaczania stężenia proteasomu 20S z wykorzystaniem inhibitora

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL396170A1 (pl) * 2011-09-02 2013-03-04 Politechnika Poznanska Biosensor do oznaczania 20S Proteasomu z wykorzystaniem inhibitora Epoksomycyny
PL396171A1 (pl) * 2011-09-02 2013-03-04 Politechnika Poznanska Sensor zwlaszcza do specyficznej akumulacji i ilosciowego oznaczania proteasomu S20
PL402360A1 (pl) * 2013-01-04 2014-07-07 Uniwersytet W Białymstoku Biosensor do oznaczania stężenia proteasomu 20S z wykorzystaniem inhibitora

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SMITH, J.H. I SIMON C.: "2002", PROTEINASE AND PEPTIDASE INHIBITION: RECENT POTENTIAL TARGETS FOR DRUG DEVELOPMENT *

Also Published As

Publication number Publication date
PL422097A1 (pl) 2019-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sheen-Chen et al. Serum levels of matrix metalloproteinase 2 in patients with breast cancer
Hadler-Olsen et al. Matrix metalloproteinases in cancer: their value as diagnostic and prognostic markers and therapeutic targets
Tschesche et al. The human neutrophil lipocalin supports the allosteric activation of matrix metalloproteinases
US9880177B2 (en) Fibrosis biomarker assay
Ricci et al. Substrate-zymography: a still worthwhile method for gelatinases analysis in biological samples
EP1757940A1 (en) In vitro method for diagnosing and monitoring renal cell carcinoma (RCC) using MMP-7 as humoral biomarker for RCC
Zore et al. Cathepsin B/cystatin C complex levels in sera from patients with lung and colorectal cancer
Kristensen et al. Serological assessment of neutrophil elastase activity on elastin during lung ECM remodeling
WO2008085895A2 (en) Predicting atrial fibrillation recurrence by protease and protease inhibitor profiling
Lorenzo et al. Quantification of cartilage oligomeric matrix protein (COMP) and a COMP neoepitope in synovial fluid of patients with different joint disorders by novel automated assays
BRPI0714126A2 (pt) prognàstico de infarto do miocÁrdio seguido de insuficiÊncia cardÍaca atravÉs de perfilamento de protease e de inibidor de protease
JP5155309B2 (ja) 患者の循環液中のMMP−7の測定を利用した転移した膀胱ガンを診断およびモニターするためのinvitro方法
JP2009536739A (ja) プロテアーゼおよびプロテアーゼ阻害剤の血漿プロファイリングによる拡張期心不全の検出
BRÜNNER et al. The urokinase plasminogen activator receptor in blood from healthy individuals and patients with cancer
Kumar et al. The effect of elapsed time on the cardiac Troponin-T (cTnT) proteolysis in case of death due to burn: A study to evaluate the potential forensic use of cTnT to determine the postmortem interval
Krizkova et al. Assays for determination of matrix metalloproteinases and their activity
GB2418145A (en) Wound treatment system
Nagakawa et al. Serum hepatocyte growth factor activator (HGFA) in benign prostatic hyperplasia and prostate cancer
Hantke et al. Clinical relevance of matrix metalloproteinase-13 determined with a new highly specific and sensitive ELISA in ascitic fluid of advanced ovarian carcinoma patients
Roy et al. Potential of fluorescent metalloproteinase substrates for cancer detection
Kotzsch et al. New ELISA for quantitation of human urokinase receptor (CD87) in cancer.
Srivastava et al. Matrix Metalloproteinase-9: A Key Diagnostic Biomarker in Cancer Progression
Pappot et al. Levels of plasminogen activator inhibitor type 1 and urokinase plasminogen activator receptor in non-small cell lung cancer as measured by quantitative ELISA and semiquantitative immunohistochemistry
Al-Essa et al. Assessment of proteolysis by pyrylium and other fluorogenic reagents
Boman et al. Urine tissue-polypeptide-specific antigen (TPS) as a marker for bladder cancer