Synthetic (Bio)Receptors for Electrochemical Biosensing: Development of Molecularly Imprinted Polymers and Aptamers for ACLF-associated Small-Molecule Biomarkers

Author

Marrugo Ramírez, Jose Alfonso

Director

Rosati , Giulio

Piper , Andrew

Merkoçi, Arben

Tutor

Merkoçi, Arben

Date of defense

2024-09-10

Pages

182 p.



Doctorate programs

Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Biotecnologia

Abstract

En aquesta tesi doctoral s'investiga el desenvolupament i l'aplicació de sistemes de biodetecció avançats, centrats en la detecció de biomarcadors de molècules petites associats a la insuficiència hepàtica aguda sobre crònica (ACLF). La recerca comença amb una introducció completa als reptes i oportunitats en la utilització de receptors sintètics (polímers impresos molecularment (MIP) i aptàmers) com a elements de (bio)reconeixement, destacant els seus avantatges sobre els anticossos i enzims tradicionals en la detecció de molècules petites. A continuació, la tesi explora l'ús innovador de MIP i nanopartícules de MIP electroactives (nanoMIP) per al reconeixement i quantificació selectius de biomarcadors, aprofitant la seva especificitat i estabilitat. A més, la tesi aprofundeix en el desenvolupament i l'optimització de tècniques SELEX (Systematic Evolution of Ligands by EXponential Enrichment), emprant perles magnètiques i eines bioinformàtiques avançades, inclosa la seqüenciació de nova generació i MATLAB, per a l'aïllament i caracterització d'aptàmers. La integració d'aquestes metodologies no només millora les capacitats de detecció de biomarcadors relacionats amb ACLF, sinó que també demostra el potencial ventall d'aplicacions en tecnologies de diagnòstic clínic i biodetecció.


En esta tesis doctoral se investiga el desarrollo y aplicación de sistemas de biodetección avanzados, centrados en la detección de biomarcadores de pequeñas moléculas asociados a la insuficiencia hepática aguda sobre crónica (ACLF). La investigación comienza con una introducción completa a los retos y oportunidades en la utilización de receptores sintéticos (polímeros impresos molecularmente (MIP) y aptámeros) como elementos de (bio)reconocimiento, destacando sus ventajas sobre los anticuerpos y enzimas tradicionales en la detección de moléculas pequeñas. A continuación, la tesis explora el uso innovador de MIP y nanopartículas de MIP electroactivas (nanoMIP) para el reconocimiento y cuantificación selectivos de biomarcadores, aprovechando su especificidad y estabilidad. Además, la tesis profundiza en el desarrollo y optimización de técnicas SELEX (Systematic Evolution of Ligands by EXponential Enrichment), empleando perlas magnéticas y herramientas bioinformáticas avanzadas, incluida la secuenciación de nueva generación y MATLAB, para el aislamiento y caracterización de aptámeros. La integración de estas metodologías no sólo mejora las capacidades de detección de biomarcadores relacionados con ACLF, sino que también demuestra el potencial abanico de aplicaciones en tecnologías de diagnóstico clínico y biodetección.


This doctoral thesis investigates the development and application of advanced biodetection systems, focused on the detection of small molecule biomarkers associated with acute-on-chronic liver failure (ACLF). The research begins with a comprehensive introduction to the challenges and opportunities in the use of synthetic receptors (molecularly imprinted polymers (MIPs) and aptamers) as (bio)recognition elements, highlighting their advantages over traditional antibodies and enzymes in the detection of small molecules The thesis then explores the innovative use of MIPs and electroactive MIP nanoparticles (nanoMIPs) for the selective recognition and quantification of biomarkers, taking advantage of their specificity and stability. In addition, the thesis delves into the development and optimization of SELEX (Systematic Evolution of Ligands by EXponential Enrichment) techniques, using magnetic beads and advanced bioinformatics tools, including next-generation sequencing and MATLAB, for isolation and characterization of aptamers. The integration of these methodologies not only improves the detection capabilities of ACLF-related biomarkers, but also demonstrates the potential range of applications in clinical diagnostic and biosensing technologies.

Keywords

Biosensors; Biosensores; Electroquímica; Electrochemistry

Subjects

577 - Biochemistry. Molecular biology. Biophysics

Knowledge Area

Ciències Experimentals

Documents

This document contains embargoed files until 2026-09-10

Rights

L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

This item appears in the following Collection(s)