Blootstelling aan zenuwgas snel diagnosticeren met biosensor

4 min leestijd

TNO ontwikkelt een biosensor waarmee je met een druppel bloed kunt bepalen of iemand in bijvoorbeeld Syrië is blootgesteld aan zenuwgas. Binnen een paar minuten zie je het resultaat. Je kunt dan onmiddellijk tegengif toedienen en een leven redden. Ook op andere medische gebieden zijn de biosensoren goed bruikbaar.

Bij de zenuwgasaanval met sarin in de metro in Tokio op 20 maart 1995 vielen zeker twaalf doden en waren duizenden gewonden. De ziekenhuizen werden overspoeld met mensen die dachten dat ze met dit zenuwgas waren blootgesteld. “Slachtoffers die werkelijk met sarin in aanraking waren gekomen, konden daardoor soms niet worden geholpen”, zegt Bart de Boer. Hij is senior scientist en projectmanager Biosensoren bij de TNO-expertisegroep Optics. “Een snelle manier om te bepalen wie er echt hulp nodig had, was er toen nog niet. Met ons optisch biosensorsysteem kan dat in principe nu binnen een paar minuten.”

Blootstelling aan zenuwgas

“Als je aan een zenuwgas bent blootgesteld, kunnen we dat zien aan de concentratie van een specifiek eiwit in je bloed”, vervolgt De Boer. “Zeg maar de biochemische vingerafdruk van dat zenuwgas. We noemen zo’n eiwit een biomarker.” De Boer werkt samen met principal scientist Daan Noort en zijn team van de TNO-expertisegroep CBRN Protection. Zij timmeren al decennia lang, wereldwijd aan de weg met methoden voor diagnose en verificatie van blootstelling aan zenuwgassen en andere strijdmiddelen.

“Als je aan een zenuwgas bent blootgesteld, dan kunnen we dat zien aan de concentratie van een specifiek eiwit in je bloed. We noemen zo’n eiwit een biomarker”

Biomarkers snel detecteren

In het TNO-laboratorium in Delft staat de eerste optische biomarker-detectieopstelling FRESCO. Deze is ongeveer 50 x 30 x 30 cm groot en nog niet echt handzaam voor gebruik. “FRESCO staat voor Free Space Coupling,” zegt De Boer. “Tussen de biosensor en het uitleesapparaat kun je een draadloze optische verbinding maken. Zo kun je biosensoren snel verwisselen voor een nieuwe meting. Onze biosensor is een kleine optische chip met verschillende sensoren, met elk een diameter van maar 50 micrometer. Deze chips kun je goedkoop fabriceren en zullen maximaal een paar dubbeltjes gaan kosten. Het zijn disposable chips voor eenmalig gebruik. De sensoren zijn zo klein dat je er een aantal op een normale chip kwijt kunt. Je kunt dan elke sensor gevoelig maken voor een ander eiwit, dat als biomarker fungeert. Zo zijn snel een aantal biomarkers tegelijkertijd te detecteren. Een druppeltje bloed is voldoende.”

Embed caption here

Point-of-care diagnostiek

Ook het uitleesapparaat kan relatief goedkoop geproduceerd worden. De draagbare versie is wellicht net iets groter dan een mobieltje. De Boer: “En dan is deze sensortechnologie echt geschikt voor de ‘Point-of-care-diagnostiek’. Daarmee kun je snel een diagnose stellen bij de patiënt thuis, in de huisartsenspreekkamer, in het ziekenhuis of op het open veld in Syrië. En daarna kun je snel medisch handelen.” Op het gebied van zenuwgasdiagnostiek onderzoekt TNO nu samen met een bedrijf de mogelijkheden om de apparatuur verder te ontwikkelen voor gebruik in het veld. Toch denkt De Boer dat zo’n draagbaar biosensorapparaat op z’n vroegst pas over vijf jaar op de markt kan zijn. “Het apparaat moet ook voldoen aan de Europese en Amerikaanse regelgeving voor medisch-diagnostische instrumenten. En dat traject kost gewoon veel tijd.”

“TNO onderzoekt nu samen met een bedrijf de mogelijkheden om de apparatuur verder te ontwikkelen voor gebruik op het veld in bijvoorbeeld Syrië”

Op tijd een hartinfarct diagnosticeren

De optische biosensoren zijn op medisch gebied veel breder inzetbaar dan alleen voor zenuwgasdiagnostiek. “Voor veel aandoeningen zijn al biomarkers ontdekt”, vertelt De Boer. “Toch staan we nog maar aan het begin van de toepassing ervan voor diagnose van ziekten en blootstelling aan gevaarlijke stoffen. Op dat gebied is nog veel werk te doen.” Zo doet TNO samen met de TU Delft en het Erasmus MC in Rotterdam experimenten op het gebied van virusdetectie. De Boer: “Maar er kan nog veel meer. Denk aan het op tijd diagnosticeren van een hartinfarct of beroerte. Snel handelen is dan noodzakelijk.”

Draagbaar biosensorapparaat op de boerderij

“Bij minder acute medische diagnostiek kun je denken aan vroege diagnose van kanker door verschillende kanker-biomarkers te meten”, vervolgt De Boer. “Ook kan een dierenarts zo’n draagbaar biosensorapparaat op batterijen goed gebruiken voor diagnoses op de boerderij. En vergeet toepassingen niet in ‘resource-scarce environments’ in de derde wereld, waar een afgelegen Afrikaans dorpje geen geconditioneerd medisch laboratorium heeft en vaak zelfs geen stopcontact.”

“Er kan nog veel meer. Denk aan het op tijd diagnosticeren van een hartinfarct of beroerte. Snel handelen is dan noodzakelijk”

Diagnostische test als consumentenproduct

“Volgens mij gaan op termijn diagnostische tests steeds meer een consumentenproduct worden. Je koopt bij de drogist een biosensor waarmee je zelf bepaalde aspecten van je gezondheid checkt. Je weet dan hoe je ervoor staat. Je kunt dan eventueel je leefstijl aanpassen of naar een arts gaan. Maar al die mogelijkheden kunnen we als TNO onmogelijk alleen ontwikkelen. Daarom gaan we graag aan de slag met andere partijen die een goed idee hebben.”

Niet-invasieve bloedglucosesensor

TNO werkt aan meerdere innovatieve meetmethoden. Zo wordt er voor diabetespatiënten een non-invasieve sensor ontwikkeld, waarmee zij hun bloedglucosewaarde kunnen bepalen. Het principe is dat er licht schijnt op de huid, interacteert met stoffen in de huid, wordt teruggekaatst en gemeten. Deze bloedglucosesensor komt naar verwachting in 2020 op de markt.

contactpersoon
Ir. Bart de Boer Locatie Leiden - Sch + Page 1 Locatie: Locatie Delft - Stieltjesweg
e-mail
lees ook