SERS-based biosensor for on-site determination of Pancreatic cancer biomarkers

Abstract

Pancreatic cancer is the most lethal cancer disease, as an outcome of its late diagnosis. Biomarkers in body fluids offer an alternative approach to earlier diagnosis, prognosis, and progress of cancer treat- ment. This includes circulating vesicles, miRNA, cell, and protein, which have been identified for the specific case of pancreatic cancer. Commonly, a specific clinical evaluation requires the analysis of more than one biomarker, meaning that it is important to define methods that are capable of providing a combined response for more than a single biomarker. In addition, it is also important that the analytical results are reliable and avoid false analytical results, which may be achieved by combining multiple transducers and biorecognition elements. Thus, this work is developing a new generation of biosensors sensitive to pancreatic cancer biomarkers, using molecularly imprinted polymer and immunosensing-based strategies. The biorecognition of the biomarkers is established in two-stages, thereby ensuring high accuracy and sensitivity in the final de- vice, making use of both electrochemical and surface-enhance Raman spectroscopy (SERS) readings. The first stage is electrochemical sensing, which captures the target compound, and the second stage includes SERS sensing, by a suitable Raman tag. Natural or plastic antibodies are combined herein, also involved in multi-analyte detection.

O cancro de pâncreas é a doença oncológica de elevada letalidade, tipicamente em resultado do seu diagnóstico tardio. A análise de biomarcadores em fluidos corporais podem oferecer uma abordagem alternativa para um diagnóstico precoce, prognóstico e acompanhamento do tratamento deste tipo de cancro. Incluem-se aqui vesículas circulantes, miRNA, células e proteínas, que foram identificadas para o caso específico do cancro de pâncreas. Normalmente, uma avaliação clínica específica requer a análise de mais do que um biomarcador, o que significa que é importante definir métodos que sejam capazes de fornecer uma resposta mais alargada. Além disso, é também importante que os resultados analíticos sejam fiáveis, evitando-se a ocorrência de resultados analíticos falsos, o que pode ser con- seguido através da combinação de múltiplos transdutores e elementos de bioreconhecimento. Neste sentido, este trabalho descreve o desenvolvimento de uma nova geração de biossensores sen- síveis a biomarcadores do cancro pancreático, utilizando polímeros molecularmente impressos e es- tratégias baseadas em imunossensores. O bioreconhecimento dos biomarcadores é estabelecido em duas etapas, garantindo alta precisão e sensibilidade no dispositivo final, fazendo uso de leituras ele- troquímicas e de espectroscopia Raman (do inglês, surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS). O primeiro estágio diz respeito à deteção eletroquímica, que captura o composto alvo, e o segundo está- gio inclui a deteção por SERS, por meio de uma molécula sinalizadora de Raman adequada. Neste trabalho combinam-se anticorpos naturais ou plásticos, também envolvidos na deteção de múltiplos analitos.