Aptamers as a tool to detect estrogens

Abstract

Biosensoren vormen een verlengde van de menselijke kijk op de wereld. Mensen zijn uiterst gevoelig voor de fysische omgeving en zijn in staat veranderingen in bijvoorbeeld licht, temperatuur en vochtigheid waar te nemen. De gevoeligheid van mensen voor de chemische en biologische omgeving is daarentegen veel beperkter. Levenskwaliteit is echter sterk afhankelijk van geschikte chemische of biologische composities. Afwijkingen in het menselijke lichaam (bv. betreffende metabolieten, metaalionen, hormonen en eiwitten) kunnen iemands gezondheid negatief beïnvloeden. Afwijkingen in de omgeving (bv. betreffende zware metalen, explosieven en hormonen) zijn nadelig voor de volksgezondheid. Daarom staat de ontwikkeling van uiterst sensitieve en specifieke sensoren voor analytherkenning centraal in tal van onderzoeksgebieden, waaronder omgevingsmonitoring, industriële kwaliteitscontrole en medische diagnostiek. Sensoren genereren detecteerbare en tevens kwantificeerbare signalen als reactie op fysische, chemische of biologische stimuli. Biosensoren zijn het resultaat van een sterke samenwerking tussen verschillende wetenschappelijke disciplines. Zij combineren een biologisch herkenningselement (moleculaire biologie) met een transducer (fysica en chemie). Biochemische of biofysische gebeurtenissen worden vervolgens vertaald in kwantificeerbare waardes (ingenieurswetenschappen). Biosensoren kunnen onder andere geclassificeerd worden volgens het soort herkenningselement, bv. antilichamen, molecular imprinted polymers (MIPs) en aptameren. In dit onderzoek ligt de focus op aptameren als onderdeel van een biosensor. Het hoofddoel van dit onderzoek omvat het nemen van de eerste stappen richting de ontwikkeling van een cross-reactieve aptasensor voor de detectie en identificatie van 17β-estradiol (E2) en zijn analogen in omgevingsstalen. Deze moleculen kunnen in de omgeving terecht komen en ageren als endocrienverstorende chemicaliën (EDCs). Omwille van potentieel negatieve gezondheidseffecten is efficiënte monitoring aangewezen.

Biosensors are a critical extension of human perception of the world. Humans are extremely sensitive for the physical environment and are able to detect changes in for example light, temperature and humidity. The sensitivity of humans to the chemical and biological environment, on the other hand, is more limited. However, the quality of life is highly dependent on suitable chemical or biological compositions. Deviations in molecule and ion concentration inside a human body (e.g. metabolites, metal ions, hormones and proteins) can negatively affect a person’s health. Disturbances in the environment (e.g. heavy metals, explosives and hormones) can negatively affect human health. Therefore, the development of highly sensitive and specific sensors for analyte recognition is a focus in a myriad of research areas, including environmental monitoring, industrial quality control and medical diagnostics. Sensors generate detectable and quantifiable signals in response to physical, chemical or biological stimuli. Biosensors are the result of a strong collaboration between various scientific disciplines. They combine a biological recognition element (molecular biology) with a transducer (physics and chemistry). Biochemical or biophysical events are subsequently translated into quantifiable values (engineering). Biosensors can a.o. be classified according to the type of recognition element like antibodies, molecular imprinted polymers (MIPs) and aptamers. In this research, we focus on aptamers as part of a biosensor. The main research goal presented in this dissertation is taking the first steps towards the development of a cross-reactive aptasensor for the detection and identification of 17β-estradiol (E2) and its analogues in environmental samples. These molecules can end up in the environment, acting as endocrine disrupting chemicals (EDCs). Because of potential negative health effects, efficient monitoring is recommended.