Biopolym. Cell. 2026; 42(Special Issue):93.
Біомаркери та інструменти молекулярної діагностики захворювань
Розробка амперометричного біосенсора на основі оксидази для кількісної оцінки пірувату
1, 2Ваховський Ю. Р., 1Мруга Д. О., 4, 5Устинов О., 5Ді Костанцо Мата А., 1, 3Солдаткін О. О., 1, 2Дзядевич С. В.
  1. Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
    Вул. Академіка Заболотного, 150, Київ, Україна, 03143
  2. Навчально-науковий центр «Інститут біології та медицини»
    Київського національного університету імені Тараса Шевченка
    вул. Володимирська, 64/13, Київ, Україна, 01601
  3. Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"
    Просп. Перемоги, 37, Київ, Україна, 03056
  4. Інститут біомедичної інженерії, ФПШ Цюріх
    Ряміштрассе, 101, Цюріх, Швейцарія, 8092
  5. Університетська лікарня Цюріха
    Rämistrasse, 100, Цюріх, Швейцарія, 8091

Abstract

Передумови/Мета. Піруват є ключовим метаболітом у метаболізмі клітинної енергії, відіграючи роль у гліколізі, циклі трикарбоклінових кислот та синтезі амінокислот. Його рівень у крові має значну діагностичну цінність у неонатології, що свідчить про порушення дихання тканин, порушення мітохондрійної дисфункції, гіпоксичний стан і метаболічні порушення у новонароджених, особливо у недоношених немовлят. Традиційні методи аналізу пірувату, такі як спектрофотометрія, флюорометрія та мас-спектрометрія, вимагають складної підготовки зразків, дорогого обладнання та значного часу на аналіз. Натомість біосенсори компактні, прості у використанні та забезпечують швидке та чутливе визначення концентрації пірувату. Методи. Біосенсор, чутливий до пірувату, використовував амперометричну систему з трьома електродами, що складалася з робочого електрода платинового диска, платинового лічильника та еталонного електрода Ag/AgCl. Біоселективний елемент біосенсора формувався шляхом змішування ферментного гелю (8% піруватоксидази з Aerococcus viridans) з PVA-SBQ (19.8%), нанесення суміші на електрод і фотополімеризації. Концентрація пірувату розраховувалася на основі зміни струму, спричиненого електрохімічним окисленням перекису водню, утвореного під час ферментативної реакції за участю піруватоксидази. Результати. Умови формування біоселективного елемента біосенсора були оптимізовані, зокрема іммобілізація ферментного методу, концентрація PVA-SBQ та енергія ультрафіолетового випромінювання. Концентрації субстрату піруватоксидази (фосфат) також були відібрані іонами та коензимами (TPP і Mg2+). Досліджувалися аналітичні характеристики наступних біосенсорів: лінійна дальність виявлення 10—500 μM, чутливість 573 ± 8 nA/mM, середній час відгуку 55 ± 11 с, мінімальна межа виявлення пірувату 0.25 μM. Висновки. Амперометричний біосенсор на основі іммобілізованої піруватоксидази розроблений для визначення концентрації пірувату, що характеризується високою чутливістю, низькою межею виявлення та широким лінійним діапазоном. Ці характеристики демонструють потенціал розробленої системи для аналізу концентрацій пірувату у водних розчинах і біологічних зразках. Гранти/фінансування. Робота проводилася в рамках проєкту no. 225067 програми спільних українсько-швейцарських дослідницьких проєктів: Конкурс пропозицій 2023.
Keywords: біосенсор, піруватоксидаза, фермент, амперометрія, аналітична хімія