Bioczujniki oparte na aptamerach mogą zrewolucjonizować wykrywanie wirusów

Bioczujniki oparte na aptamerach mogą zrewolucjonizować wykrywanie wirusów

Szybkie i niezawodne wykrywanie wirusów to jedno z najważniejszych narzędzi kontrolowania epidemii, od grypy sezonowej po globalne pandemie, takie jak COVID-19. Nowa recenzja opublikowana wBiozanieczyszczeniapodkreśla główne postępy w obiecującej klasie narzędzi diagnostycznych znanych jako bioczujniki oparte na aptamerach, które mogą pomóc w szybszym, tańszym i bardziej przenośnym testowaniu wirusów w klinikach, społecznościach i w terenie.

Badanie prowadzone pod kierunkiem naukowców z Politechniki w Dalian sprawdza, w jaki sposób powstają krótkie nici DNA lub RNA, zwane aptamerami, i integrowane z biosensorami nowej generacji służącymi do wykrywania wirusów. Aptamery mogą wiązać się z wirusami z dużą precyzją, podobnie jak przeciwciała, ale są łatwiejsze w produkcji, bardziej stabilne w wysokich temperaturach i łatwiejsze do modyfikacji pod kątem różnych platform czujnikowych.

Niezawodne wykrywanie wirusów jest podstawą niemal każdej reakcji w zakresie zdrowia publicznego, od diagnozy pacjenta po nadzór nad epidemią. Nasz przegląd pokazuje, że bioczujniki oparte na aptamerach szybko wypełniają lukę między laboratoryjną dokładnością a praktycznym zastosowaniem”.

Jiuxing Li, autor korespondencyjny

Tradycyjne metody wykrywania wirusów, takie jak hodowla komórkowa, badanie antygenów i PCR, odegrały zasadniczą rolę w zwalczaniu chorób, ale wiążą się z kompromisami. Hodowla komórkowa jest powolna i wymaga specjalnych urządzeń. Testy antygenowe mogą nie być czułe. PCR jest bardzo dokładna, ale wymaga drogich instrumentów i przeszkolonego personelu. Ograniczenia te mogą opóźniać wykrywanie, zwłaszcza w środowiskach o niskich zasobach lub dużych wymaganiach.

Bioczujniki oparte na aptamerach oferują inne podejście. Aptamery są wybierane w laboratorium w procesie zwanym SELEX, który identyfikuje sekwencje, które ściśle i specyficznie wiążą się z celami wirusowymi. W przeciwieństwie do przeciwciał, aptamery są całkowicie syntetyczne, co pozwala na precyzyjną kontrolę nad ich strukturą, działaniem i kosztem.

W przeglądzie przedstawiono najnowsze innowacje w selekcji aptamerów względem białek wirusowych lub całych cząstek wirusa, w tym zaawansowane techniki SELEX, które poprawiają szybkość, wydajność i skuteczność wiązania. Dzięki tym osiągnięciom aptamery dotrzymują kroku szybko mutującym wirusom, co stanowi ciągłe wyzwanie dla wielu narzędzi diagnostycznych.

Po wybraniu aptamery można włączyć do różnych biosensorów, które przekształcają wiązanie wirusa w mierzalny sygnał. Autorzy opisują czujniki elektrochemiczne generujące sygnały elektryczne, testy fluorescencyjne i zmiany koloru, które można odczytać wizualnie, oraz zaawansowane platformy optyczne, takie jak powierzchniowy rezonans plazmonowy i powierzchniowo wzmocnione rozpraszanie Ramana, zapewniające bardzo czułą detekcję.

„Te bioczujniki można opracować do szybkiego testowania poza tradycyjnymi laboratoriami” – powiedziała współautorka Meng Liu. „Niektóre platformy mogą dostarczyć wyniki w ciągu kilku minut, wymagają minimalnego przygotowania próbki i można je obsługiwać za pomocą urządzeń przenośnych lub ręcznych”.

Co ważne, w przeglądzie podkreślono, że bioczujniki oparte na aptamerach nie ograniczają się do diagnostyki klinicznej. Wykazują także ogromny potencjał w zakresie monitorowania środowiska, bezpieczeństwa żywności i systemów wczesnego ostrzegania, które wykrywają wirusy na powierzchniach, w wodzie lub w powietrzu, zanim epidemie się eskalują.

Autorzy zajmują się także pozostałymi wyzwaniami, w tym walidacją na dużą skalę, standaryzacją i integracją z przepływami pracy w świecie rzeczywistym. Zauważają, że połączenie technologii aptamerów z mikroprzepływami, nanomateriałami i narzędziami do analizy danych mogłoby jeszcze bardziej poprawić wydajność i niezawodność.

„Naszym celem jest zapewnienie jasnych ram dla badaczy i programistów” – powiedział Li. „Rozumiejąc zarówno mocne strony, jak i pozostałe przeszkody, możemy przyspieszyć przeniesienie tych bioczujników z laboratorium do zastosowań praktycznych”.

W miarę jak świat w dalszym ciągu przygotowuje się na przyszłe zagrożenia wirusowe, bioczujniki oparte na aptamerach mogą stać się ważną częścią globalnego zestawu narzędzi diagnostycznych, zapewniając szybszy i bardziej elastyczny sposób wykrywania wirusów, gdziekolwiek i kiedykolwiek się pojawią.

Źródła: