HIV Erken Tanısına Yönelik LSPR Esaslı Platform Geliştirilmesi

Abstract

İnsan Bağışıklık Yetmezlik Virüsü'nün (HIV) erken tanısı, özellikle düşük kaynaklı bölgelerde, hızlı, taşınabilir ve maliyet etkin teşhis araçlarına duyulan ihtiyaç nedeniyle hala kritik bir küresel sağlık sorunudur. Mevcut tanı yöntemleri, karmaşık ekipman ve eğitimli personele olan bağımlılıkları, uzun işlem süreleri gibi nedenlerle hasta başı tanı (POCD) uygulamalarında sınırlı kalmaktadır. Bu tez çalışmasında, HIV-1 enfeksiyonunun erken evresinde kanda serbestçe bulunan ve yaklaşık 12-14 gün içinde tespit edilebilen HIV-1 kapsid proteini (p24) hedeflenerek, lokalize yüzey plazmon rezonansı (LSPR) temelli bir biyosensör platformu geliştirilmiştir. Yüksek en-boy oranına sahip altın nanoçubuklar (GNR), hidroksilasyon ve silanizasyon ile modifiye edilen cam yüzeylere immobilize edilmiştir. Yüzey üzerine, kendiliğinden düzenlenen bir katman (SAM) ile EDC-NHS kimyası kullanılarak p24'e özgü nanobadiler kovalent olarak bağlanmıştır. Spesifik olmayan bağlanmaların önlenmesi amacıyla kazein ile yüzey bloklanmıştır. Özel tasarlanmış bir mikroakışkan çip kullanılarak PBS ve serum ortamında farklı p24 konsantrasyonları test edilmiştir. Platform, 1 pM seviyesinde bir tespit sınırı ve 50–100 pM arasında dinamik bir aralık göstermiştir. Raman ve FTIR analizleri yüzey modifikasyonlarını doğrularken, SEM analizinde yaklaşık 6,5–7 en-boy oranına sahip GNR morfolojisi belirlenmiştir. Küçük boyutlu ve yüksek afiniteye sahip nanobadi kullanımı, GNR yüzeyine yakınlığı koruyarak algılama verimliliğini artırmıştır. Elde edilen sonuçlar, geliştirilen platformun HIV'in erken teşhisi ve POCD uygulamaları için güçlü bir potansiyel sunduğunu göstermektedir.The early detection of Human Immunodeficiency Virus (HIV) remains a significant global health challenge, especially in resource-limited settings where rapid, portable, and cost-effective diagnostics are essential. Current diagnostic methods are constrained by the need for complex equipment, trained personnel, and long processing times, limiting their suitability for point-of-care diagnostics (POCD). This study aims to develop a localized surface plasmon resonance (LSPR)-based biosensing platform for early HIV detection by targeting the HIV-1 capsid protein (p24), a key early biomarker. Gold nanorods (GNRs) with high aspect ratios were immobilized on hydroxylated and silanized glass surfaces, followed by the formation of a self-assembled monolayer to facilitate EDC-NHS-mediated nanobody immobilization specific to p24. The surfaces were blocked with casein to prevent non-specific interactions. A custom-designed microfluidic chip was employed to assess the sensor's performance in detecting varying p24 concentrations in both phosphate-buffered saline and serum. The biochip demonstrated a detection limit as low as 1 pM, a signaling capacity up to 500 nM, and a dynamic range of 50–100 pM, with consistent results in serum despite reduced signal intensity. Spectroscopic techniques including Raman and FTIR confirmed surface modifications, while SEM analysis showed GNR with aspect ratios of approximately 6.5–7, contributing to sensitivity. The use of nanobodies, due to their small size and high affinity, maintained close interaction with the GNR surface, optimizing detection efficiency. Overall, this platform presents a promising approach for early HIV diagnosis and the advancement of POCD technologies.