Image
Frederik Hansen ved sida av analysemaskin i laboratoriet

Mange ulike metodar kan brukast for å analysera biologiske prøvar. Her studerer Frederik Hansen eit nytt tilskott til utstyrsparken ved Farmasøytisk institutt. Foto: Grete Hasvold, UiO

Stadiet for prøving og feiling over for ungt forskingsfelt

– Folk ville bli overraska om dei visste kor ofte vi berre plukkar ned eit stoff frå hylla og ser kva som skjer når vi testar det, seier forskaren.

Ein gryande teknikk for arbeid med biologiske prøvar har sitt utspring ved Farmasøytisk institutt ved Universitetet i Oslo. Enkelt sagt går den ut på at ein ved hjelp av elektrisitet trekkjer stoffet som skal analyserast ut av prøven gjennom ein membran, slik at det kan analyserast vidare. teknikken heiter elektromembranekstraksjon (EME).

– Fram til no har det meste av forskinga vorte gjort på feittløyselege stoff, fordi dei lettare passerer membranen, som består av ei olje av eitt eller anna slag, fortel doktorgradsstipendiat Frederik Hansen.

– Men alt du puttar i kroppen, har kroppen ein tendens til å omdanna til noko vassløyseleg, som er lettare å kvitta seg med, til dømes gjennom urin. Derfor er det stort behov for å kunna analysera stoff som er løyste i blod og urin, ikkje minst sidan dagens metodar heller ikkje handterer desse stoffa så bra.

Hansen er i ferd med å avslutta doktorgraden sin ved Farmasøytisk institutt. Mange stoppar på tre eller fire artiklar i avhandlinga si. Hansen har ikkje mindre enn seks artiklar i si. Han fortel at kvar av artiklane har teke for seg ein enkelt strategi. Til saman utgjer dei ein historie om korleis forsking kan foregå.

1. Meir straum

– Målet var altså å finna måtar å opparbeida vassløyselege stoff frå biologiske prøvar for vidare analyse. Det fyrste vi prøvde, var å skru straumen kraftig opp. Vanlegvis gjer det systemet ustabilt, men vi introduserte ein spesiell elektrode som gjorde at systemet heldt seg stabilt, seier Hansen.

Teknikken fungerte, men berre på heilt reine prøvar. Og alle som har hatt litt å gjera med blod, urin og andre kroppsvæsker, veit at «rein» ikkje er det beste uttrykket for å beskriva dei.

2. Justera væskemembranen

– EME er avhengig av vekselverkning mellom stoffet du vil trekkja ut og molekyla i væskemembranen. Vi forsterka denne vekselverkninga med å tilsetja det som vert kalla ionisk carrier, som ikkje har noko norsk namn. Kanskje «berar» kunne vore brukt, seier Hansen.

Beraren forsterka samhandlinga mellom membranen og stoffet i prøva. Gjennom prøving og feiling fann dei ut at med riktig design av premissa, fekk dei gode resultat frå biologiske prøvar.

3. Ionbalanse

Andre studiar har vist lovande resultat med noko som heiter ionbalanse. Men då Hansen og kollegane testa det, fekk dei ikkje dei same resultata.

– Dersom ikkje forsøket er godt nok designa, kan det vera to ting som påverkar utfallet samstundes. For oss ser det ut som at dei andre forsøka tilfeldigvis har introdusert ioniske carriers i forsøka sine, og at desse så har interagert med dei iona som var tilsette for å påverka ionbalansen, seier Hansen.

– Så har dei positive resultata blitt feiltolka som at det var ionbalansen som hadde hatt effekt. Vi klarte i alle fall ikkje å påvisa den same gode effekten som dei andre forsøka, seier Hansen.

4. Djupeutektiske membranar

Dei jobba vidare med samansetjinga av membranen. No prøvde dei seg på ei rekkje kombinasjonar av det som heiter djupeutektiske stoff. Det er blandingar av to faste stoff som vert flytande når dei vert blanda, sjølv ved temperaturar mykje lågare enn smeltepunktet for det enkelte stoffet. Igjen var det interaksjonen mellom membranen og stoffet som skulle trekkjast ut som var i fokus.

– Vi fekk mange gode resultat med vassløyselege stoff. Men ein kjem til et punkt der ein må setja punktum for ein vitskapleg artikkel, så dei mest vassløyselege stoffa måtte venta til dei neste artiklane, fortel Hansen.

5. Uoffisiell verdsrekord

Her lukkast dei med å ekstrahera eit stoff som heiter streptomycin, som er svært vassløyseleg. Hansen sjølv kalla det spøkefullt for ein uoffisiell verdsrekord.

– Etter at dette lukkast for oss, tenkte vi vel at det skal vera mogleg å bruka EME til å ekstrahera nærmast kva som helst, seier Hansen.

6. Punktum

No kom den siste prøving-og-feilinga. Basert på artiklane 2 og 4 ovanfor, og resultat frå studiar gjort av andre, testa dei ti ulike system på femti ulike vassløyselege stoff. Desse stoffa var eit representativt utval av stoff som det kan vera aktuelt å gjera analyse på i praksis.

– Ved å bruka ei bestemt av dei djupeutektiske blandingane, tilsette lite grann av den ioniske carrieren, klarte vi å ekstrahera nesten alt, òg frå biologiske prøvar. Resultata var svært imponerande. Vi har ikkje tidlegare sett så høg gjennomsnittleg effektivitet på alt vi har prøvd, seier Hansen.

For dei femti undersøkte stoffa har dei dessutan sett på 23 molekylære deskriptorar, som det heiter. Det er talfestingar av ulike eigenskapar hjå eit molekyl, eigenskapar som fasong, storleik, fleksibilitet, kor vassløyselege dei er, og så vidare.

– Vi brukte statistiske metodar til å identifisera interaksjonar mellom molekyla og membranen. På lang sikt håpar vi at det kan utviklast generiske modellar, seier Hansen.

– Slik at dersom du kjem til meg med eit nytt stoff du vil ha analysert, treng eg ikkje gå i laboratoriet og prøva og feila for å finna den optimale metoden. Eg kan leggja dei molekylære deskriptorane for stoffet inn i modellen, og finna ut kva for eit system med kva for ein membran som sannsynlegvis vil gje best resultat.

Det vil vera ei meir systematisk tilnærming enn prøvinga og feilinga Hansen beskriv i innleiinga.

– Det var den siste biten i puslespelet for å forstå kvifor nokre stoff let seg ekstrahera bra og andre dårleg.

Hadde vore skeptisk

No pustar han litt ut, etter å ha levert avhandlinga si til godkjenning. Han fortel at han sjølv er overraska over kor langt han har nådd i dette arbeidet.

– Utgangspunktet ditt når du startar eit doktorgradsprosjekt er jo at du reknar med å finna ut noko. Du tenkjer ikkje at her er det ingenting å henta, seier Hansen.

– Men om nokon ved oppstarten hadde sagt at vi skulle ha kome så langt som dette, hadde eg vore skeptisk. Eg hadde nok sagt at eg skulle sjå det før eg ville tru det.

Hansen håpar å disputera til hausten ein gong.

Den sjette artikkelen

Hansen m.fl.: Selectivity and efficiency of electromembrane extraction of polar bases with different liquid membranes – link to analyte properties. Journal of Separation Science, April 2021