Οι χημικοί του Μόντρεαλ αναπτύσσουν έναν γρήγορο αισθητήρα με βάση το DNA για την παρακολούθηση των φαρμάκων.

Οι χημικοί του Μόντρεαλ αναπτύσσουν έναν γρήγορο αισθητήρα με βάση το DNA για την παρακολούθηση των φαρμάκων.

Χημικοί στο Πανεπιστήμιο του Μόντρεαλ ανέπτυξαν «καταρράκτες σημάτων» μορίων DNA για να αναφέρουν και να ποσοτικοποιήσουν τη συγκέντρωση διαφορετικών μορίων σε μια σταγόνα αίματος, όλα μέσα σε 5 λεπτά. Τα αποτελέσματά τους, που επικυρώθηκαν μέσω πειραμάτων σε ποντίκια, δημοσιεύτηκαν σήμερα στοΕφημερίδα της Αμερικανικής Χημικής Εταιρείαςδημοσιεύθηκε και θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανάπτυξη φορητών συσκευών για την παρακολούθηση και τη βελτιστοποίηση της θεραπείας διαφόρων ασθενειών.

Αυτή η ανακάλυψη επιτεύχθηκε από μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή χημείας του UdeM, Alexis Vallée-Bélisle. "Ένας κρίσιμος παράγοντας για την επιτυχία διαφόρων θεραπειών είναι η παροχή και η διατήρηση μιας θεραπευτικής δόσης φαρμάκου καθ' όλη τη διάρκεια της θεραπείας", είπε. «Η μη βέλτιστη θεραπευτική έκθεση μειώνει την αποτελεσματικότητα και συνήθως οδηγεί σε ανθεκτικότητα στα φάρμακα, ενώ η υπερβολική έκθεση αυξάνει τις παρενέργειες».

Ωστόσο, η διατήρηση της σωστής συγκέντρωσης των φαρμάκων στο αίμα παραμένει μια σημαντική πρόκληση στη σύγχρονη ιατρική. Επειδή κάθε ασθενής έχει διαφορετικό φαρμακοκινητικό προφίλ, η συγκέντρωση των φαρμάκων στο αίμα του ποικίλλει σημαντικά. Με τη χημειοθεραπεία, για παράδειγμα, πολλοί ασθενείς με καρκίνο δεν λαμβάνουν τη βέλτιστη δόση φαρμάκου και επί του παρόντος λίγες εξετάσεις είναι αρκετά γρήγορες για να ανιχνεύσουν αυτό το πρόβλημα.

"Εύκολες στην εκτέλεση δοκιμές θα μπορούσαν να διαδώσουν ευρέως την παρακολούθηση των θεραπευτικών φαρμάκων και να επιτρέψουν εξατομικευμένες θεραπείεςείπε ο Vincent De Guire, κλινικός βιοχημικός στο νοσοκομείο Maisonneuve-Rosemont που συνδέεται με το UdeM και πρόεδρος της Ομάδας Εργασίας Εργαστηριακών Σφαλμάτων και Ασφάλειας Ασθενών της Διεθνούς Ομοσπονδίας Κλινικής Χημείας και Εργαστηριακής Ιατρικής.

"Μια συνδεδεμένη λύση, παρόμοια με ένα μετρητή γλυκόζης αίματος όσον αφορά τη φορητότητα, την οικονομική προσιτότητα και την ακρίβεια, που μετρά τις συγκεντρώσεις του φαρμάκου τη σωστή στιγμή και μεταδίδει τα αποτελέσματα απευθείας στην ομάδα υγειονομικής περίθαλψης θα διασφαλίσει ότι οι ασθενείς λαμβάνουν τη βέλτιστη δόση που μεγιστοποιεί τις πιθανότητες ανάρρωσής τους" είπε ο De Guire σε μια ανεξάρτητη ανασκόπηση της μελέτης.

Πώς έγινε

Κάτοχος Ερευνητικής Έδρας στον Καναδά στη Βιομηχανική και τη Βιο-Νανοτεχνολογία, η Vallée-Bélisle έχει περάσει πολλά χρόνια ερευνώντας πώς τα βιολογικά συστήματα παρακολουθούν τη συγκέντρωση των μορίων στο περιβάλλον τους σε πραγματικό χρόνο.

Η ανακάλυψη αυτής της νέας τεχνολογίας προήλθε από την παρατήρηση του τρόπου με τον οποίο τα κύτταρα ανιχνεύουν και ποσοτικοποιούν τη συγκέντρωση των μορίων στο περιβάλλον τους.

"Τα κύτταρα έχουν εξελίξει «καταρράκτες σηματοδότησης» νανοκλίμακας που αποτελούνται από βιομόρια προγραμματισμένα να αλληλεπιδρούν για να ενεργοποιούν συγκεκριμένες κυτταρικές δραστηριότητες παρουσία συγκεκριμένων ποσοτήτων εξωτερικών ερεθισμάτων ή μορίωνείπε ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης, Guichi Zhu, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο UdeM.

"Εμπνευσμένοι από την σπονδυλωτότητα των συστημάτων σηματοδότησης της φύσης και την ευκολία με την οποία μπορούν να εξελιχθούν για να ανιχνεύσουν νέους μοριακούς στόχους, έχουμε αναπτύξει παρόμοιους καταρράκτες σηματοδότησης βασισμένους σε DNA που μπορούν να ανιχνεύσουν και να ποσοτικοποιήσουν συγκεκριμένα μόρια δημιουργώντας ένα εύκολα μετρήσιμο ηλεκτροχημικό σήμα"είπε εκείνη.

Η αρχή αυτών των αισθητήρων είναι απλή: ο μοριακός στόχος ή το φάρμακο που πρόκειται να παρακολουθηθεί (που φαίνεται με πράσινο στο παραπάνω σχήμα) μπορεί να αλληλεπιδράσει με ένα συγκεκριμένο μόριο DNA που ονομάζεται απταμερές (κίτρινο μόριο). Μετά τη δέσμευση με τον μοριακό στόχο, αυτό το «απταμερές» DNA δεν μπορεί πλέον να αναστείλει ένα άλλο ηλεκτροενεργό DNA (κόκκινο DNA), το οποίο μπορεί στη συνέχεια να φτάσει στην επιφάνεια ενός ηλεκτροδίου και να δημιουργήσει ένα ηλεκτροχημικό ρεύμα που μπορεί εύκολα να ανιχνευθεί με έναν αναγνώστη χαμηλού κόστους.

"Ένα σημαντικό πλεονέκτημα αυτών των ηλεκτροχημικών δοκιμών με βάση το DNA είναι ότι η αρχή τους μπορεί επίσης να γενικευτεί σε πολλούς διαφορετικούς στόχους, επιτρέποντάς μας να αναπτύξουμε φθηνές συσκευές που θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν πολλά διαφορετικά μόρια σε πέντε λεπτά στο ιατρείο ή ακόμα και στο σπίτι.είπε η Vallée-Bélisle, η ομάδα της οποίας επικύρωσε τον νέο τους μηχανισμό ανιχνεύοντας τέσσερα διαφορετικά μόρια κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.

Δοκιμές σε ποντίκια

Για να καταδείξουν πώς αυτός ο νέος μηχανισμός σηματοδότησης μπορεί να προσαρμοστεί σε ένα εύχρηστο τεστ στο σπίτι που επιτρέπει στους ασθενείς να παρακολουθούν και να βελτιστοποιούν τη χημειοθεραπεία τους, οι συγγραφείς επέδειξαν επίσης παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο ενός ανθελονοσιακού φαρμάκου σε ζωντανά ποντίκια. Οι τρέχουσες τυπικές δοκιμές που χρησιμοποιούνται συνήθως απαιτούν πολύωρες διαδικασίες και ακριβά όργανα.

Αυτός ο νέος μηχανισμός σηματοδότησης παράγει αρκετές αλλαγές στο ηλεκτρικό ρεύμα για να μετρηθούν με φθηνά ηλεκτρονικά, παρόμοια με την τεχνολογία των μετρητών γλυκόζης αίματος που χρησιμοποιούν οι διαβητικοί για τον έλεγχο του σακχάρου στο αίμα τους.

"Αυτό το τεστ με βάση το DNA μας επέτρεψε να αναπτύξουμε αισθητήρες για πολλαπλά μόρια αίματος, παρόλο που η συγκέντρωσή τους μερικές φορές ήταν μικρότερη από 100.000 φορές λιγότερο συγκεντρωμένη από τη γλυκόζη.είπε ο Bal-Ram Adhikari, άλλος μεταδιδακτορικός ερευνητής του UdeM που συμμετείχε στη μελέτη.

Ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για αυτήν την εφεύρεση αδειοδοτήθηκε από την Anasens που εδρεύει στο Μόντρεαλ για να επιταχύνει την εμπορευματοποίησή της.

Πηγές: