Aptamer-baserade biosensorer kan revolutionera virusdetektion

Aptamer-baserade biosensorer kan revolutionera virusdetektion

Snabb och pålitlig virusdetektering är ett av de viktigaste verktygen för att kontrollera utbrott, från säsongsinfluensa till globala pandemier som COVID-19. En ny recension publicerad iBiokontaminantlyfter fram stora framsteg i en lovande klass av diagnostiska verktyg kända som aptamer-baserade biosensorer som kan hjälpa till att leverera snabbare, billigare och mer bärbara virustester i kliniker, samhällen och på fältet.

Studien, ledd av forskare vid Dalian University of Technology, undersöker hur korta strängar av DNA eller RNA, kallade aptamerer, tillverkas och integreras i nästa generations biosensorer för virusdetektion. Aptamerer kan binda till virus med hög precision, liknande antikroppar, men är lättare att producera, mer stabila vid höga temperaturer och lättare att modifiera för olika avkänningsplattformar.

Tillförlitlig virusdetektion är grunden för nästan alla folkhälsoåtgärder, från patientdiagnos till utbrottsövervakning. Vår granskning visar att aptamer-baserade biosensorer snabbt överbryggar gapet mellan laboratorienoggrannhet och praktisk tillämpbarhet."

Jiuxing Li, motsvarande författare

Traditionella virusdetektionsmetoder som cellodling, antigentestning och PCR har spelat en viktig roll i sjukdomskontroll men kommer med kompromisser. Cellodlingen är långsam och kräver speciella faciliteter. Antigentester kan sakna känslighet. PCR är mycket exakt men kräver dyra instrument och utbildad personal. Dessa begränsningar kan fördröja upptäckten, särskilt i miljöer med låga resurser eller hög efterfrågan.

Aptamer-baserade biosensorer erbjuder ett annat tillvägagångssätt. Aptamerer väljs i laboratoriet genom en process som kallas SELEX, som identifierar sekvenser som binder tätt och specifikt till virala mål. Till skillnad från antikroppar är aptamerer helt syntetiska, vilket tillåter exakt kontroll över deras struktur, prestanda och kostnad.

Granskningen beskriver de senaste innovationerna i valet av aptamerer mot virala proteiner eller hela viruspartiklar, inklusive avancerade SELEX-tekniker som förbättrar hastighet, effektivitet och bindningsprestanda. Denna utveckling tillåter aptamerer att hålla jämna steg med snabbt muterande virus, vilket är en pågående utmaning för många diagnostiska verktyg.

När väl valda kan aptamerer inkorporeras i en mängd olika biosensorer som omvandlar virusbindning till en mätbar signal. Författarna beskriver elektrokemiska sensorer som genererar elektriska signaler, fluorescerande och färgskiftande analyser som kan avläsas visuellt och avancerade optiska plattformar som ytplasmonresonans och ytförstärkt Raman-spridning för mycket känslig detektion.

"Dessa biosensorer kan utvecklas för snabba tester utanför traditionella laboratorier", säger medförfattaren Meng Liu. "Vissa plattformar kan ge resultat på några minuter, kräver minimal provberedning och kan användas med bärbara eller handhållna enheter."

Viktigt är att granskningen betonar att aptamerbaserade biosensorer inte är begränsade till klinisk diagnostik. De visar också stor potential för miljöövervakning, livsmedelssäkerhet och system för tidig varning som upptäcker virus på ytor, i vatten eller i luften innan utbrotten eskalerar.

Författarna tar också upp återstående utmaningar, inklusive storskalig validering, standardisering och integrering i verkliga testarbetsflöden. De noterar att en kombination av aptamer-teknologi med mikrofluidik, nanomaterial och dataanalysverktyg kan ytterligare förbättra prestanda och tillförlitlighet.

"Vårt mål är att tillhandahålla ett tydligt ramverk för forskare och utvecklare," sa Li. "Genom att förstå både styrkorna och de återstående hindren kan vi påskynda översättningen av dessa biosensorer från laboratoriet till praktiska tillämpningar."

När världen fortsätter att förbereda sig för framtida virushot kan aptamerbaserade biosensorer bli en viktig del av den globala diagnostiska verktygslådan, vilket ger ett snabbare och mer flexibelt sätt att upptäcka virus var och när de än dyker upp.

Källor: