Kjemikere i Montreal utvikler raske DNA-baserte sensorer for å overvåke narkotika.

Kjemikere i Montreal utvikler raske DNA-baserte sensorer for å overvåke narkotika.

Kjemikere ved Université de Montréal har utviklet "signalkaskader" av DNA-molekyler for å rapportere og kvantifisere konsentrasjonen av forskjellige molekyler i en bloddråpe, alt innen 5 minutter. Resultatene deres, validert gjennom eksperimenter på mus, ble publisert i dag iJournal of American Chemical Societypublisert og kan bidra til å utvikle bærbare enheter for å overvåke og optimalisere behandlingen av ulike sykdommer.

Dette gjennombruddet ble oppnådd av en forskningsgruppe ledet av UdeM kjemiprofessor Alexis Vallée-Bélisle. "En kritisk faktor for suksessen til ulike behandlinger er å gi og opprettholde en terapeutisk medikamentdosering gjennom hele behandlingen," sa han. "Suboptimal terapeutisk eksponering reduserer effekten og fører vanligvis til medikamentresistens, mens overeksponering øker bivirkninger."

Å opprettholde riktig konsentrasjon av legemidler i blodet er imidlertid fortsatt en stor utfordring i moderne medisin. Fordi hver pasient har en annen farmakokinetisk profil, varierer konsentrasjonen av legemidler i blodet betydelig. Med kjemoterapi, for eksempel, får mange kreftpasienter ikke den optimale dosen av medisiner, og foreløpig er få tester raske nok til å oppdage dette problemet.

"Tester som er enkle å utføre, kan spre terapeutisk medikamentovervåking bredt og muliggjøre personlig tilpassede behandlingersa Vincent De Guire, en klinisk biokjemiker ved det UdeM-tilknyttede Maisonneuve-Rosemont Hospital og leder av Laboratory Errors and Patient Safety Working Group i International Federation of Clinical Chemistry and Laboratory Medicine.

"En tilkoblet løsning, lik en blodsukkermåler når det gjelder bærbarhet, rimelighet og nøyaktighet, som måler legemiddelkonsentrasjoner til rett tid og overfører resultatene direkte til helseteamet, vil sikre at pasientene får den optimale dosen som maksimerer sjansene deres for å bli frisk.sa De Guire i en uavhengig gjennomgang av studien.

Hvordan det skjedde

Innehaver av en Canada Research Chair in Bioengineering and Bio-Nanotechnology, Vallée-Bélisle har brukt mange år på å forske på hvordan biologiske systemer overvåker konsentrasjonen av molekyler i deres miljø i sanntid.

Gjennombruddet til denne nye teknologien kom fra å observere hvordan celler oppdager og kvantifiserer konsentrasjonen av molekyler i miljøet.

"Celler har utviklet nanoskala 'signalkaskader' sammensatt av biomolekyler programmert til å samhandle for å aktivere spesifikke cellulære aktiviteter i nærvær av spesifikke mengder eksterne stimuli eller molekylersa studiens første forfatter, Guichi Zhu, en postdoktor ved UdeM.

"Inspirert av modulariteten til naturens signalsystemer og den enkle de kan utvikle seg for å oppdage nye molekylære mål, har vi utviklet lignende DNA-baserte signalkaskader som kan oppdage og kvantifisere spesifikke molekyler ved å generere et lett målbart elektrokjemisk signal" sa hun.

Prinsippet til disse sensorene er enkelt: det molekylære målet eller stoffet som skal overvåkes (vist i grønt i figuren ovenfor) kan samhandle med et spesifikt DNA-molekyl kalt en aptamer (gult molekyl). Ved binding til det molekylære målet, kan ikke dette "aptamer"-DNAet lenger hemme et annet elektroaktivt DNA (rødt DNA), som deretter kan nå overflaten av en elektrode og generere en elektrokjemisk strøm som lett kan oppdages med en lavprisleser.

"En stor fordel med disse DNA-baserte elektrokjemiske testene er at prinsippet deres også kan generaliseres til mange forskjellige mål, slik at vi kan utvikle rimelige enheter som kan oppdage mange forskjellige molekyler på fem minutter på legekontoret eller til og med hjemme.sa Vallée-Bélisle, hvis team validerte sin nye mekanisme ved å oppdage fire forskjellige molekyler i løpet av denne tiden.

Tester på mus

For å illustrere hvordan denne nye signalmekanismen kan tilpasses til en brukervennlig hjemmetest som lar pasienter overvåke og optimalisere kjemoterapien, demonstrerte forfatterne også sanntidsovervåking av et antimalariamiddel i levende mus. De gjeldende standardtestene som brukes krever vanligvis timelange prosedyrer og kostbar instrumentering.

Denne nye signalmekanismen produserer nok endringer i elektrisk strøm til å kunne måles med billig elektronikk, lik teknologien i blodsukkermålerne som brukes av diabetikere for å sjekke blodsukkeret.

"Denne DNA-baserte testen tillot oss å utvikle sensorer for flere blodmolekyler, selv om konsentrasjonen deres noen ganger var mindre enn 100 000 ganger mindre konsentrert enn glukosesa Bal-Ram Adhikari, en annen UdeM-postdoktor som deltok i studien.

Et patent for denne oppfinnelsen ble lisensiert av Montreal-baserte Anasens for å akselerere kommersialiseringen.

Kilder: