Electrophoresis across liquid membranes – extraction of peptides according to isoelectric point

Peptider er små biter av protein, og noen peptider kan brukes som legemidler eller diagnostiske markører for sykdom. Derfor er det viktig å kunne måle peptider i blod, og dette gjøres i stor utstrekning blant annet på sykehus. Før man kan gjøre slike målinger må peptidene av interesse ekstraheres ut av blodprøven, fordi denne er for kompleks for direkte analyse med dagens laboratorieinstrumenter. I dette prosjektet skal vi undersøke og utvikle elektromembranekstraksjon (EME) for ekstraksjon av peptider fra blodprøver. EME er et ny ekstraksjonsprinsipp, hvor kjemiske forbindelser (som for eksempel peptider) ekstraheres fra en gitt prøveløsning (som for eksempel blod), gjennom en kunstig væskemembran og inn i en akseptorløsning. Akseptorløsningen er kompatibel med dagens laboratorieinstrumenter, og de kjemiske forbindelsene kan måles med stor grad av pålitelighet i akseptorløsningen. EME er unik på den måten at ekstraksjon er drevet av et elektrisk felt pålagt over den kunstige væskemembranen. Forskjellige kjemiske forbindelser kan ekstraheres avhengig av retningen og størrelsen til det elektriske feltet, og avhengig av den kjemiske sammensetningen til den kunstige væskemembranen. I dette prosjektet er de kjemiske forbindelsene peptider som brukes enten som legemiddel eller som sykdomsmarkør. Målet med prosjektet er å utvikle EME til et nøyaktig, raskt, effektivt og grønt konsept for ekstraksjon av peptider fra blodprøver, som er mer attraktivt enn eksisterende teknologier. Prosjektet vil undersøke grunnleggende prinsipper for å gi konseptet vitenskapelig forankring, og vil utvikle et mindre antall metoder for konkrete peptider av medisinsk interesse. Prosjektet startet i september 2019, avsluttes i august 2024, og har ansatt en postdoktor og en stipendiat. I de første fire årene har hovedfokus vært på de kjemiske betingelsene i væskemembranen, prøven og akseptorløsningen, for å forstå hvilke molekylære interaksjoner som kreves for å få ulike peptider gjennom væskemembranen. Dette arbeidet er helt grunnleggende for å kunne utvikle metoder fo ulike peptider mot slutten av prosjektet. Resultatene publiseres i vitenskapelig tidsskrift, og er viktige også i forbindelse med at EME er kommersialisert av et norsk firma.

Electromembrane extraction (EME) involves electrophoresis across a liquid membrane, and internationally this new separation principle is under investigation for potential applications in the areas of chemistry, biochemistry, and pharmacy. The current project will focus on fundamental development of EME for highly selective extraction of peptides from human blood samples based on their isoelectric point (isoelectric EME). The ultimate goal of the project is to develop isoelectric EME into a totally new green chemistry tool for laboratories involved in peptide and protein analysis, providing (1) high selectivity, (2) high efficiency, (3) high throughput, and (4) low costs. The research will include (a) development of the scientific theory and understanding of isoelectric EME, (b) development of isoelectric EME into 96-well technology, and (c) demonstration of selected biomedical applications of isoelectric EME. The project will thus consist of fundamental research and applications thereof. The project will be of high relevance for a broad range of scientific disciplines, including analytical chemistry, medical diagnostics, medical research, pharmaceutical research, drug development, forensic toxicology, and doping in sports. Development of commercial equipment is expected as spin-off from this project.