Auf Aptameren basierende Biosensoren könnten die Erkennung von Viren revolutionieren

Auf Aptameren basierende Biosensoren könnten die Erkennung von Viren revolutionieren

Die schnelle und zuverlässige Virenerkennung ist eines der wichtigsten Instrumente zur Kontrolle von Ausbrüchen, von der saisonalen Grippe bis hin zu globalen Pandemien wie COVID-19. Eine neue Rezension veröffentlicht in Biokontaminant hebt große Fortschritte in einer vielversprechenden Klasse von Diagnosewerkzeugen hervor, die als Aptamer-basierte Biosensoren bekannt sind und dazu beitragen könnten, schnellere, kostengünstigere und tragbarere Virustests in Kliniken, Gemeinden und im Außendienst durchzuführen.

In der von Forschern der Dalian University of Technology geleiteten Studie wird untersucht, wie kurze DNA- oder RNA-Stränge, sogenannte Aptamere, hergestellt und in Biosensoren der nächsten Generation zur Viruserkennung integriert werden. Aptamere können ähnlich wie Antikörper mit hoher Präzision an Viren binden, sind jedoch einfacher herzustellen, bei hohen Temperaturen stabiler und einfacher für verschiedene Sensorplattformen zu modifizieren.

Ein zuverlässiger Virusnachweis ist die Grundlage nahezu jeder Reaktion des öffentlichen Gesundheitswesens, von der Patientendiagnose bis zur Ausbruchsüberwachung. Unsere Überprüfung zeigt, dass Aptamer-basierte Biosensoren die Lücke zwischen Laborgenauigkeit und praktischer Anwendbarkeit schnell schließen.“

Jiuxing Li, korrespondierender Autor

Herkömmliche Virusnachweismethoden wie Zellkultur, Antigentests und PCR haben eine wesentliche Rolle bei der Krankheitsbekämpfung gespielt, sind jedoch mit Kompromissen verbunden. Die Zellkultur ist langsam und erfordert spezielle Einrichtungen. Bei Antigentests kann es an Sensitivität mangeln. PCR ist sehr genau, erfordert jedoch teure Instrumente und geschultes Personal. Diese Einschränkungen können die Erkennung verzögern, insbesondere in Umgebungen mit geringen Ressourcen oder hoher Nachfrage.

Einen anderen Ansatz bieten Aptamer-basierte Biosensoren. Aptamere werden im Labor durch einen Prozess namens SELEX ausgewählt, der Sequenzen identifiziert, die fest und spezifisch an virale Ziele binden. Im Gegensatz zu Antikörpern sind Aptamere vollständig synthetisch und ermöglichen eine präzise Kontrolle über ihre Struktur, Leistung und Kosten.

Der Aufsatz skizziert aktuelle Innovationen bei der Auswahl von Aptameren gegen virale Proteine ​​oder ganze Viruspartikel, einschließlich fortschrittlicher SELEX-Techniken, die Geschwindigkeit, Effizienz und Bindungsleistung verbessern. Diese Entwicklungen ermöglichen es Aptameren, mit schnell mutierenden Viren Schritt zu halten, was für viele diagnostische Instrumente eine ständige Herausforderung darstellt.

Einmal ausgewählt, können Aptamere in eine Vielzahl von Biosensoren eingebaut werden, die die Virusbindung in ein messbares Signal umwandeln. Die Autoren beschreiben elektrochemische Sensoren, die elektrische Signale erzeugen, fluoreszierende und farbverändernde Tests, die visuell abgelesen werden können, sowie fortschrittliche optische Plattformen wie Oberflächenplasmonenresonanz und oberflächenverstärkte Raman-Streuung für eine hochempfindliche Detektion.

„Diese Biosensoren können für schnelle Tests außerhalb traditioneller Labore entwickelt werden“, sagte Mitautorin Meng Liu. „Einige Plattformen können innerhalb von Minuten Ergebnisse liefern, erfordern nur minimale Probenvorbereitung und können mit tragbaren oder handgehaltenen Geräten betrieben werden.“

Wichtig ist, dass die Übersicht betont, dass Aptamer-basierte Biosensoren nicht auf die klinische Diagnostik beschränkt sind. Sie zeigen auch großes Potenzial für Umweltüberwachung, Lebensmittelsicherheit und Frühwarnsysteme, die Viren auf Oberflächen, im Wasser oder in der Luft erkennen, bevor Ausbrüche eskalieren.

Die Autoren gehen auch auf verbleibende Herausforderungen ein, darunter die groß angelegte Validierung, Standardisierung und Integration in reale Testabläufe. Sie stellen fest, dass die Kombination der Aptamer-Technologie mit Mikrofluidik, Nanomaterialien und Datenanalysetools die Leistung und Zuverlässigkeit weiter verbessern könnte.

„Unser Ziel ist es, Forschern und Entwicklern einen klaren Rahmen zu bieten“, sagte Li. „Indem wir sowohl die Stärken als auch die verbleibenden Hürden verstehen, können wir die Umsetzung dieser Biosensoren vom Labor in die praktische Anwendung beschleunigen.“

Während sich die Welt weiterhin auf zukünftige virale Bedrohungen vorbereitet, könnten Aptamer-basierte Biosensoren ein wichtiger Bestandteil des globalen Diagnose-Toolkits werden und eine schnellere und flexiblere Möglichkeit bieten, Viren zu erkennen, wo und wann immer sie auftreten.

Quellen: