Internationale Zeitschrift für Herz-Kreislauf-Forschung

Elektrochemischer Biosensor zur Erkennung von Interleukin-10 in echtem menschlichem Plasma von Patienten: Biomedizinische Anwendung bei Herzinsuffizienz

Abdoullatif Baraket, Michael Lee, Nadia Zine, Raffaele Caruso, Maria Giovanna Trivella und Abdelhamid Errachid

In der vorliegenden Studie haben wir den realen menschlichen Plasmaeffekt zur Erkennung des Zytokin-Biomarkers Interleukin-10 (IL-10) mithilfe eines auf elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) basierenden Biosensors analysiert. IL-10 ist eines der vielen Antigene, die in akuten Entzündungsstadien nach der Implantation eines linksventrikelunterstützten Geräts (LVAD) bei Patienten mit Herzinsuffizienz (HF) abgesondert werden. Zu diesem Zweck wurde ein Biosensor entwickelt, um die Erkennungsempfindlichkeit in komplexen Medien und in Gegenwart anderer Interferenzen zu erhöhen: Interleukin-6 (IL-6) und Interleukin-1 (IL-1), die ebenfalls nach der LVAD-Implantation abgesondert werden. Die monoklonalen Antikörper gegen humanes IL-10 (Anti-IL-10 mAb) wurden durch Funktionalisierung mit selbstassemblierten Monoschichten (SAMs) aus 16-Mercaptohexadecansäure b(MHDA) und anschließender Carbodiimidchemie auf Goldmikroelektroden immobilisiert. Während des Funktionalisierungsprozesses der Mikroelektroden wurde zyklische Voltammetrie (CV) angewendet, um die Oberflächeneigenschaften der Goldmikroelektroden zu charakterisieren. Eine EIS-Analyse wurde durchgeführt, um den menschlichen Plasmaeffekt zu untersuchen und Zytokine zu erkennen. Der Biosensor war hochselektiv und empfindlich gegenüber den entsprechenden Zytokinen IL-10. Diese wurden in echten, 1000-fach verdünnten menschlichen Plasmaproben mittels EIS nachgewiesen: vor der LVAD-Implantation, nach 24 Stunden und nach 72 Stunden der LVAD-Implantation bei 16,9 ± 1,5 pg/ml, 62,4 ± 2,6 pg/ml bzw. 37,6 ± 6,2 pg/ml. IL-10 wurde auch durch einen Enzymimmunoassay (ELISA) unter Verwendung derselben Plasmaproben für dieselben Zeiträume der LVAD-Implantation bei 11,3 pg/ml, 57,2 pg/ml bzw. 34,0 pg/ml nachgewiesen. Der vorliegende elektrochemische Biosensor ist sehr vielversprechend für eine alternative, schnelle, kostengünstige und empfindliche Technik zur Zytokinerkennung, die mithilfe von Point-of-Care-Tests (POCT) am Krankenbett des Patienten durchgeführt werden könnte. Dies kann Klinikern und Ärzten schnelle quantitative Informationen liefern, um die ersten Anzeichen einer Entzündung nach der LVAD-Implantation vorherzusagen.