Η διάγνωση διάφορων τύπων καρκίνου σε αρχικό στάδιο είναι ζωτικής σημασίας για την αποτελεσματική αντιμετώπιση της νόσου και αποτελεί μεγάλη πρόκληση για την επιστημονική κοινότητα. Μια από τις προσεγγίσεις που ακολουθούνται για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος είναι ο προσδιορισμός διαφόρων βιοδεικτών σε βιολογικά υγρά και κυρίως σε ορό αίματος. Συγκεκριμένα, για τη διάγνωση του γυναικολογικού καρκίνου και κυρίως του καρκίνου των ωοθηκών έχει προταθεί ο προσδιορισμός στον ορό τριών δεικτών: του καρκινικού αντιγόνου 125 (Ca-125), της ανθρώπινης  επιδερμιδικής εκκριτικής πρωτεΐνης 4 (HE4), και της σουρβιβίνης ή BIRC5 (baculoviral inhibitor of apoptosis repeat-containing 5). Ο συνδυαστικός προσδιορισμός των τριών αυτών δεικτών αναμένεται να βοηθήσει τόσο στην αρχική διάγνωση του καρκίνου των ωοθηκών όσο και στην κατηγοριοποίηση των ωοθηκικών όγκων συμβάλλοντας καθοριστικά στην συνολική επιβίωση και αποφυγή της επανεμφάνισης της νόσου. Ο ταυτόχρονος προσδιορισμός καρκινικών δεικτών σε ένα δείγμα ανθρώπινου ορού με χαμηλό κόστος, υψηλή ευαισθησία και αξιοπιστία, μπορεί να επιτευχθεί με την ανάπτυξη κατάλληλων βιοαισθητήρων και πιο συγκεκριμένα ανοσοαισθητήρων. Οι οπτικοί ανοσοαισθητήρες που προσφέρουν μεγαλύτερη ευαισθησία ανίχνευσης σε σχέση με τους υπόλοιπους τύπους αισθητήρων και επιπλέον, παρέχουν την δυνατότητα για ταυτόχρονο προσδιορισμό πολλαπλών αναλυτών και υπόκεινται σε μικρότερες παρεμβολές από την μήτρα του δείγματος σε σχέση με άλλα είδη μεταλλακτών επιτρέποντας τον προσδιορισμό αναλυτών  σε πραγματικό χρόνο ακόμα και σε πολύπλοκα δείγματα όπως είναι ο ανθρώπινος ορός. Στα πλαίσια του έργου θα αναπτυχθούν οπτικοί ανοσοαισθητήρες για τον προσδιορισμό τριών καρκινικών δεικτών, του Ca-125, της HE4, και της σουρβιβίνης (BIRC5) οι οποίοι βασίζονται στην αρχή της ενισχυόμενης από την επιφάνεια φασματοσκοπίας Raman (Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS). Η χρήση υποστρωμάτων SERS ως στερεών φορέων για τον ανοσοχημικό προσδιορισμό  των τριών καρκινικών αναμένεται να αυξήσει την ευαισθησία ανίχνευσης σε σχέση με τις συνήθεις ανοσοχημικές τεχνικές. Το έργο περιλαμβάνει: την ανάπτυξη ενζυμοανοσοαναλύσεων μη ανταγωνιστικού τύπου σε φρεάτια μικροτιτλοδότησης για τον προσδιορισμό των αναλυτών-στόχων, την ανάπτυξη αισθητήρων σε υποστρώματα SERS για καθέναν από τους τρεις αναλύτες μεμονωμένα, και τέλος την ανάπτυξη αισθητήρων σε υποστρώματα SERS για τον ταυτόχρονο προσδιορισμό και των τριών αναλυτών ταυτόχρονα. Η εργασία πραγματοποιείται στο πλαίσιο της εκτέλεσης του έργου ΒιοΝανοΔιαγνωστική (Τ2ΕΔΚ-03746) και αποτελεί το θέμα της διδακτορικής διατριβής της κ. Γεωργίας Γκέκα. Το πειραματικό μέρος της εργασίας θα πραγματοποιηθεί στο Εργαστήριο Ανοσοαναλύσεων-Ανοσοαισθητήρων του ΙΠΡΕΤΕΑ σε συνεργασία με τον Τομέα Μικροηλεκτρονικής του Ινστιτούτου Νανοεπιστήμης & Νανοτεχνολογίας του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και το Τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου Αθηνών (Καθ. Α. Οικονόμου).

Ο έλεγχος της ποιότητας και της ασφάλειας των τροφίμων είναι μείζονος σημασίας τόσο για τη βιομηχανία τροφίμων όσο και για τους παραγωγούς και τους καταναλωτές. Σε ορισμένα τρόφιμα, όπως το γάλα, είναι αναγκαίος ο έλεγχος τόσο της πρώτης ύλης όσο και των επεξεργασμένων προϊόντων για επιβλαβείς ουσίες όσο το δυνατόν ταχύτερα. Τέτοιοι έλεγχοι αφορούν την ανίχνευση της αφλατοξίνης Μ1 (AFM1), καθώς και παθογόνων βακτηρίων μεταξύ των οποίων η Salmonella spp., η Escherichia Coli O157:H7, ο Staphylococcus aureus, ο Bacillus cereus και η Listeria monocytogenes. Η AFM1 είναι μία από τις πιο καρκινογόνες και τοξικές αφλατοξίνες που παράγονται από μύκητες και γι’ αυτό το λόγο η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει θέσπισει αυστηρα ανώτερα επιτρεπτά όρια για την AFM1 στα τρόφιμα. Αντίστοιχοι όρια έχουν θεσπιστεί και για την ανίχνευση μικροοργανισμών στα τρόφιμα για τους οποίους σε πολλές περιπτώσεις απαγορεύεται πλήρως η παρουσία λόγω της σοβαρότητας των προβλημάτων που μπορούν να προκαλέσουν στην ανθρώπινη υγεία. Η ανίχνευση των διάφορων επιβλαβών ουσιών στα τρόφιμα πραγματοποιείται με αναλυτικές μεθόδους που χαρακτηρίζονται από υψηλή ευαισθησία και ακρίβεια ωστόσο είναι αρκετά χρονοβόρες, απαιτούν ακριβό εξοπλισμό και δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για αναλύσεις πεδίου. Για το λόγο αυτό, έχει διερευνηθεί ως εναλλακτική λύση η χρήση ανοσοαοσθητήρων, και ιδιαίτερα οπτικών ανοδοαισθητήρων ως μεθόδων ανάλυσης που θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν τις υπάρχουσες μεθοδολογίες. Οι οπτικοί ανοσοαισθητήρες χωρίζονται σε δύο κατηγορίες, εκείνους που απαιτούν τη χρήση ιχνηθετών για την ανίχνευση της προς μέτρησης ουσίας και εκείνους που δεν απαιτούν. Μία τέτοια κατηγορία ανοσοαισθητήρων είναι εκείνοι που βασίζονται σε συμβολομετρία Mach-Zehnder. Στο πλαίσιο αυτό, το έργο στοχεύει στην ανάπτυξη οπτικών ανοσοαισθητήρων για ανίχνευση επιβλαβών παραγόντων (π.χ. μυκοτοξίνες, βακτήρια) σε τρόφιμα. Συγκεκριμένα, αναπτύσσεται μία εμβαπτιζόμενη φωτονική ψηφίδα στην οποία υλοποιούνται δύο συμβολόμετρα, το ένα εκ των οποίων θα είναι το συμβολόμετρο αναφοράς. Ο αισθητήριος βραχίονας του συμβολομέτρου αναφοράς θα είναι επιστρωμένος με αδρανή πρωτεΐνη, ενώ ο αισθητήριος βραχίονας του άλλου συμβολομέτρου θα τροποποιηθεί με την εκάστοτε τοξίνη ή μικροοργανισμό για τον προσδιορισμό των επιμολυντών αυτών σε γάλα, ακολουθώντας ανταγωνιστικού τύπου ανοσοανάλυση. Η ψηφίδα φέρει ολοκληρωμένα τα συμβολόμετρα Mach-Zehnder αλλά η οπτική ζεύξη και καταγραφή του σήματος πραγματοποιούνται μέσω μιας οπτικής δίκλωνης ίνας που συνδέει την είσοδο της ψηφίδας με μία πηγή λευκού φωτός και την έξοδο της με ένα ψηφιακό φασματικό αναλυτή. Για την ανάλυση, η ψηφίδα θα βυθίζεται σε διάλυμα που θα περιέχει το δείγμα και τα ειδικά αντισώματα έναντι του εκάστοτε αναλυτή χωρίς να απαιτούνται μικρορευστομηχανικές κυψελίδες. Η εργασία πραγματοποιείται στο πλαίσιο της εκτέλεσης του έργου FOODSENS (Τ2ΕΔΚ-01934) και αποτελεί το θέμα της διδακτορικής διατριβής της κ. Δήμητρα Κούρτη. Το πειραματικό μέρος της εργασίας θα πραγματοποιηθεί στο Εργαστήριο Ανοσοαναλύσεων-Ανοσοαισθητήρων του ΙΠΡΕΤΕΑ σε συνεργασία με τον Τομέα Μικροηλεκτρονικής του Ινστιτούτου Νανοεπιστήμης & Νανοτεχνολογίας του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» και το Τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου Αθηνών (Καθ. Α. Οικονόμου).

Οι μυκοτοξίνες είναι χημικές ενώσεις που παράγονται από διάφορες οικογένειες μυκήτων και αποτελούν μια κατηγορία ουσιών που η συγκέντρωση τους επιβάλλεται να προσδιορίζεται σε αρκετές κατηγορίες τροφίμων λόγω των αρνητικών επιπτώσεων που έχουν στην υγεία των ανθρώπων καθώς οι ενώσεις αυτές παρουσιάζουν, η καθεμία σε διαφορετικό βαθμό, ηπατοτοξικές, ανοσοκατασταλτικές, μεταλλαξιογόνες ή/και καρκινογόνες δράσεις. Προκειμένου να εξασφαλιστεί η καλή ποιότητα των τροφίμων, απαιτείται συνεχής έλεγχος σε όλα τα στάδια της παραγωγής και της επεξεργασίας τους, ώστε να βεβαιωθεί ότι τα τρόφιμα που προσφέρονται για κατανάλωση είναι απαλλαγμένα από μυκοτοξίνες. Όμως, λόγω του μεγάλου όγκου των διακινούμενων αγαθών είναι πρακτικά ανέφικτος ο ενδελεχής έλεγχος τους σε σύντομο χρονικό διάστημα. Ως εκ τούτου, υπάρχει η ανάγκη για μεθόδους και συσκευές ικανές να προσδιορίζουν με ακρίβεια ομάδες επιβλαβών ουσιών εκτός του εργαστηρίου κατάλληλες, δηλαδή, για αναλύσεις πεδίου. Οι βιοαισθητήρες είναι αναλυτικές διατάξεις που μπορούν να καλύψουν αυτές τις ανάγκες καθώς παρέχουν τη δυνατότητα του ταυτόχρονου προσδιορισμού πολλαπλών αναλυτών σε ένα δείγμα και ταυτόχρονα μπορούν να ενσωματωθούν σε μικρού μεγέθους συσκευές. Στο πλαίσιο αυτό, στόχος του έργου είναι η ανάπτυξη ενός οπτικού βιοαισθητήρα για τον ταυτόχρονο προσδιορισμό τριών μυκοτοξινών και συγκεκριμένα της Αφλατοξίνης Β1, της Φουμονισίνης Β1 και της Δεοξυνιβαλενόλης σε δείγματα δημητριακών. Η επιλογή των τριών μυκοτοξινών βασίστηκε στο γεγονός ότι απαντώνται πολύ συχνά σε δημητριακά αλλά και λόγω της υψηλής τους τοξικότητας. Ο ταυτόχρονος προσδιορισμός των μυκοτοξινών στόχων επιδιώκεται μέσω της ανάπτυξης ανοσοαισθητήρα που βασίζεται στην ανάκλαση λευκού φωτός από ψηφίδες πυριτίου που φέρουν περιοχές διοξειδίου του πυριτίου διαφορετικού πάχους η καθεμία. Οι περιοχές αυτές τροποποιούνται με πρωτεϊνικά συζεύγματα των τριών μυκοτοξινών. Το φάσμα ανάκλασης που λαμβάνεται και από τις περιοχές κατά την διάρκεια των ανοσοαντιδράσεων, υφίσταται αποσυνέλιξη στα επιμέρους φάσματα επιτρέποντας την παρακολούθηση των αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα σε κάθε μια περιοχή χωριστά χωρίς την απαίτηση για κινούμενα οπτικά εξαρτήματα. Η εργασία υλοποιείται στο πλαίσιο της διδακτορικής διατριβής του κ. Βασίλη Αναστασιάδη, το πειραματικό μέρος της οποίας πραγματοποιείται Το πειραματικό μέρος της διατριβής πραγματοποιείται στο εργαστήριο Ανοσοαναλύσεων/Ανοσοαισθητήρων του ΙΠΡΕΤΕΑ σε συνεργασία με το Τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου Αθηνών (Καθ. Α. Οικονόμου).

Η σήψη, μια από τις κύριες αιτίες θανάτου παγκοσμίως, συμβαίνει όταν μια τοπική μικροβιακή λοίμωξη εξαπλώνεται στην κυκλοφορία του αίματος προκαλώντας μια έντονη φλεγμονώδη απόκριση. Αυτή η απόκριση μπορεί να οδηγήσει σε πολλαπλή ανεπάρκεια οργάνων, η οποία συνήθως είναι θανατηφόρα. Έτσι, η έγκαιρη διάγνωση είναι ο μόνος τρόπος για να αυξηθεί το ποσοστό επιβίωσης των ασθενών. Ο στόχος αυτού του έργου είναι η ανάπτυξη ενός βιοαισθητήρα για τη διάγνωση σήψης μέσω του γρήγορου, ακριβούς και ταυτόχρονου προσδιορισμού μιας ομάδας τριών δεικτών που σχετίζονται με τη σήψη σε δείγματα ορού αίματος. Ο βιοαισθητήρας βασίζεται στη φασματοσκοπία ανάκλασης λευκού φωτός (WLRS) και δεν χρησιμοποιεί ιχνηθέτες. Οι στοχευόμενοι δείκτες είναι C-αντιδρώσα πρωτεΐνη, η προκαλσιτονίνη και η ιντελευκίνη-6. Ο ταυτόχρονος προσδιορισμός αυτών των δεικτών σε συνδυασμό με τη συνολική κλινική εικόνα του ασθενούς θα μπορούσε να βοηθήσει στην έγκαιρη διάγνωση και επιτυχή θεραπευτική διαχείριση της σήψης. Οι κύριοι στόχοι του έργου είναι η ανάπτυξη: α) προσδιορισμών χωρίς τη χρήση ιχνηθετών για τους τρεις στοχευόμενους αναλύτες που θα χαρακτηρίζονται από υψηλή ακρίβεια και ευρύ δυναμικό εύρος που θα καλύπτει όχι μόνο τις παθολογικές συγκεντρώσεις στον ορό αλλά και το εύρος συγκέντρωσης υγιών ατόμων, β) αισθητήρων που επιτρέπουν τον ταυτόχρονο προσδιορισμό των τριών αναλυτών στο ίδιο δείγμα με κατάλληλη τροποποίηση της επιφάνειας του βιοαισθητήρα, και γ) ενός πρωτότυπου οργάνου με συνοδευτικό λογισμικό για την καταγραφή και επεξεργασία των σημάτων που λαμβάνονται από τις διάφορες δοκιμασίες καθώς και την παρουσίαση τους στον τελικό χρήστη. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο της διδακτορικής διατριβής της κας Δήμητρας Τσουνίδη, η οποία έχει λάβει υποτροφία στο πλαίσιο του θεσμού των Βιομηχανικών Υποτροφιών του Ιδρύματος Σταύρος Νιάρχος σε συνεργασία και με τη συν-χρηματοδότηση της εταιρείας ThetaMetrisis S.A. Το πειραματικό μέρος της διατριβής πραγματοποιείται στο εργαστήριο Ανοσοαναλύσεων/Ανοσοαισθητήρων του ΙΠΡΕΤΕΑ σε συνεργασία με το Τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου Πατρών (Καθ. Θ. Χριστόπουλος).