Химиците от Монреал разработват бърз сензор, базиран на ДНК, за наблюдение на лекарства.

Химиците от Монреал разработват бърз сензор, базиран на ДНК, за наблюдение на лекарства.

Химиците от Université de Montréal са разработили „сигнални каскади“ от ДНК молекули, за да отчитат и определят количествено концентрацията на различни молекули в капка кръв, всичко това в рамките на 5 минути. Техните резултати, потвърдени чрез експерименти върху мишки, бяха публикувани днес вВестник на Американското химическо дружествопубликувани и биха могли да помогнат за разработването на носими устройства за наблюдение и оптимизиране на лечението на различни заболявания.

Този пробив е постигнат от изследователска група, ръководена от професора по химия в UdeM Алексис Вале-Белис. „Критичен фактор за успеха на различни лечения е осигуряването и поддържането на терапевтична лекарствена доза по време на терапията“, каза той. „Неоптималната терапевтична експозиция намалява ефикасността и обикновено води до лекарствена резистентност, докато свръх експозицията увеличава страничните ефекти.“

Въпреки това поддържането на правилната концентрация на лекарства в кръвта остава основно предизвикателство в съвременната медицина. Тъй като всеки пациент има различен фармакокинетичен профил, концентрацията на лекарства в кръвта им варира значително. При химиотерапията, например, много пациенти с рак не получават оптималната доза лекарства и в момента малко тестове са достатъчно бързи, за да открият този проблем.

“Лесните за изпълнение тестове биха могли да разпространят широко терапевтичното наблюдение на лекарствата и да позволят персонализирани леченияказа Vincent De Guire, клиничен биохимик в болницата Maisonneuve-Rosemont, свързана с UdeM, и председател на работната група за лабораторни грешки и безопасност на пациентите на Международната федерация по клинична химия и лабораторна медицина.

“Свързано решение, подобно на глюкомер по отношение на преносимост, достъпност и точност, което измерва концентрациите на лекарства в точното време и предава резултатите директно на здравния екип, ще гарантира, че пациентите получават оптималната доза, която увеличава максимално шансовете им за възстановяване“, каза Де Гиър в независим преглед на проучването.

Как стана

Притежател на Канадска изследователска катедра по биоинженерство и био-нанотехнологии, Vallée-Bélisle е прекарал много години в проучване как биологичните системи наблюдават концентрацията на молекули в тяхната среда в реално време.

Пробивът на тази нова технология дойде от наблюдението как клетките откриват и количествено определят концентрацията на молекули в тяхната среда.

“Клетките са развили наномащабни „сигнални каскади“, съставени от биомолекули, програмирани да взаимодействат, за да активират специфични клетъчни дейности в присъствието на специфични количества външни стимули или молекуликаза първият автор на изследването, Guichi Zhu, постдокторантски изследовател в UdeM.

“Вдъхновени от модулността на природните сигнални системи и лекотата, с която те могат да се развиват, за да откриват нови молекулярни мишени, ние разработихме подобни ДНК базирани сигнални каскади, които могат да откриват и определят количествено специфични молекули чрез генериране на лесно измерим електрохимичен сигнал“ каза тя.

Принципът на тези сензори е прост: молекулярната цел или лекарството, което трябва да се наблюдава (показано в зелено на фигурата по-горе), може да взаимодейства със специфична ДНК молекула, наречена аптамер (жълта молекула). При свързване с молекулярната мишена тази „аптамерна“ ДНК вече не може да инхибира друга електроактивна ДНК (червена ДНК), която след това може да достигне повърхността на електрод и да генерира електрохимичен ток, който може лесно да бъде открит с евтин четец.

“Основно предимство на тези базирани на ДНК електрохимични тестове е, че техният принцип може да се обобщи и за много различни цели, което ни позволява да разработим евтини устройства, които могат да открият много различни молекули за пет минути в кабинета на лекаря или дори у домаказа Vallée-Bélisle, чийто екип потвърди техния нов механизъм чрез откриване на четири различни молекули през това време.

Тестове върху мишки

За да илюстрират как този нов сигнален механизъм може да бъде адаптиран в лесен за използване домашен тест, който позволява на пациентите да наблюдават и оптимизират своята химиотерапия, авторите също така демонстрираха наблюдение в реално време на антималарийно лекарство при живи мишки. Използваните настоящи стандартни тестове обикновено изискват часове процедури и скъпо оборудване.

Този нов механизъм за сигнализиране произвежда достатъчно промени в електрическия ток, за да бъдат измерени с евтина електроника, подобно на технологията в глюкомерите, използвани от диабетици за проверка на кръвната им захар.

“Този базиран на ДНК тест ни позволи да разработим сензори за множество кръвни молекули, въпреки че тяхната концентрация понякога е по-малко от 100 000 пъти по-ниска от концентрацията на глюкозатаказа Бал-Рам Адхикари, друг постдокторантски изследовател на UdeM, който участва в проучването.

Патентът за това изобретение беше лицензиран от базираната в Монреал Anasens, за да се ускори комерсиализацията му.

източници: