Development of Flourescence-based Immunosensors for Continous Carbohydrate Monotoring : Applications for Maltose and Glucose

• Main Author: Engström, Henrik
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: Högskolan i Kalmar, Naturvetenskapliga institutionen 2007
• Subjects: Carbohydrate; Diabetes; Immunosensor; Glucose; Maltose; Weak affinity chromatograhpy; Kolhydrater; Glukos; Affinitetskromatografi; Biochemistry; Biokemi
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:hik:diva-45; http://nbn-resolving.de/urn:isbn:978-9189584-75-4

Weak affinity interaction of monoclonal antibodies and carbohydrate antigens can be detected and quantified by alterations in the antibodies' intrinsic tryptophan fluorescence. These weak/transient binding events have been monitored by total internal reflection fluorescence (TlRF) by facilitating the change in intrinsic tryptophan fluorescence. This immunosensor followed instant changes in the antigen concentration with rapid association- and dissociation rate constants reaching equilibrium in a short time, without the need for regeneration. Furthermore, in a competition assay with extrinsic fluorescence labeling, it was established that Förster/fluorescence resonance energy transfer (FRET) can be applied for weak and transient interactions. By entrapping components in small semipermeable capsules, aconvenient flow system was fabricated allowing on-line measurements of maltose. Quantification of maltose concentration was achievable in the mM-range without need for regeneration.High specificty for maltose was exhibited in crude food-samples with quantification in accordance with batch analysis. Furthermore, a monoclonal antibody was developed for potential use as a glucose immunosensor for diabetes. Its ability to interact with glucose was determined by competitive weak affinity chromatography (WAC) to approximately 19 mM in dissociation constant. This antibody was developed to bind monosaccharides, especially glucose, by utilizing crossreation with a carbohydrate dextran polymer. Selectivity for glucose was greater than for the similar monosaccharides, mannose and galactose. This antibody, or a fragment, in a fluorescence platform is an alternative to monitor glucose in vivo where other glucose-binders might fail. === Att känna igen en motståndare är viktigt i många sammanhang, inte minst i kroppens immunförsvar som är utvecklat för att angripa främmande ämnen i kroppen. Antikroppen spelar en central roll i immunförsvaret där den lär sig att känna igen sin motståndare (antigen) och därmed binda sitt antigen. De antikroppsproducerande cellerna kan användas i laboratoriet för att producera antikroppar som härstammar från försöksdjur. I denna avhandling har antikroppar använts som binder betydligt svagare till antigenet än vad man i de flesta analyser använder sig av för att t.ex. detektera sjukdomar. Antikroppar som binder till olika typer av socker, däribland maltsocker (maltos) och blodsocker (glukos) har studerats. Dessa antikroppar har använts för att undersöka hur hårt de binder till sitt antigen beroende på temperatur och om antikropparna kan känna igen liknande motståndare (korsreaktivitet). Fördelen med dessa svaga bindningar är att antikroppen snabbt kan binda in och släppa sitt antigen istället för att nästan permanent sitta på sitt antigen, som vid starka bindningar. Bindningens styrka (affinitet) har i avhandlingen studerats med hjälp av fluorescensteknik och affinitets-separation. Den maltosbindande antikroppen har använts tillsammans med fluorescensteknik för att designa två olika biosensorer (immunosensorer). Immunosensorerna kan mäta förändringen av maltoskoncentration över tid, vilket är attraktivt i t.ex. livsmedelsindustrin när man vill mäta maltoshalten kontinuerligt under tillverkningen. Den glukosbindande antikroppen har använts i affinitets-separation för att bestämma dess affinitet mot glukos och olika polymerer av glukos. En glukosbindande antikropp är åtråvärt för att t.ex. kontinuerligt mäta koncentrationen av blodsocker genom huden hos diabetiker och därmed minska antalet blodprover man idag behöver ta.