Chemicy z Montrealu opracowują szybki czujnik oparty na DNA do monitorowania leków.

Chemicy z Montrealu opracowują szybki czujnik oparty na DNA do monitorowania leków.

Chemicy z Université de Montréal opracowali „kaskady sygnałowe” cząsteczek DNA do raportowania i ilościowego oznaczania stężenia różnych cząsteczek w kropli krwi, a wszystko to w ciągu 5 minut. Ich wyniki, potwierdzone eksperymentami na myszach, opublikowano dzisiaj w czasopiśmieDziennik Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznegoopublikowane i mogą pomóc w opracowaniu urządzeń do noszenia w celu monitorowania i optymalizacji leczenia różnych chorób.

Tego przełomu dokonała grupa badawcza kierowana przez profesora chemii UdeM Alexisa Vallée-Bélisle. „Kluczowym czynnikiem powodzenia różnych terapii jest zapewnienie i utrzymanie terapeutycznej dawki leku przez cały czas trwania terapii” – powiedział. „Nieoptymalna ekspozycja terapeutyczna zmniejsza skuteczność i zazwyczaj prowadzi do oporności na leki, podczas gdy nadmierna ekspozycja zwiększa skutki uboczne”.

Jednak utrzymanie prawidłowego stężenia leków we krwi pozostaje poważnym wyzwaniem współczesnej medycyny. Ponieważ każdy pacjent ma inny profil farmakokinetyczny, stężenie leków w jego krwi znacznie się różni. Na przykład w przypadku chemioterapii wielu pacjentów chorych na raka nie otrzymuje optymalnej dawki leku, a obecnie niewiele testów jest wystarczająco szybkich, aby wykryć ten problem.

„Łatwe do wykonania testy mogłyby szeroko rozpowszechnić monitorowanie leków terapeutycznych i umożliwić spersonalizowane leczeniepowiedział Vincent De Guire, biochemik kliniczny w szpitalu Maisonneuve-Rosemont stowarzyszonym z UdeM i przewodniczący Grupy Roboczej ds. Błędów Laboratoryjnych i Bezpieczeństwa Pacjenta Międzynarodowej Federacji Chemii Klinicznej i Medycyny Laboratoryjnej.

„Połączone rozwiązanie, podobne do glukometru pod względem przenośności, przystępności cenowej i dokładności, które mierzy stężenie leku we właściwym czasie i przesyła wyniki bezpośrednio do zespołu opieki zdrowotnej, zapewniłoby pacjentom otrzymanie optymalnej dawki maksymalizującej ich szanse na wyzdrowienie„powiedział De Guire w niezależnym przeglądzie badania.

Jak to się stało

Vallée-Bélisle, pełniąca funkcję kanadyjskiej katedry badawczej w dziedzinie bioinżynierii i bionanotechnologii, spędziła wiele lat na badaniu, w jaki sposób systemy biologiczne monitorują w czasie rzeczywistym stężenie cząsteczek w swoim środowisku.

Przełom w tej nowej technologii nastąpił po obserwacji, w jaki sposób komórki wykrywają i określają ilościowo stężenie cząsteczek w swoim środowisku.

„Komórki wyewoluowały „kaskady sygnalizacyjne” w skali nano, składające się z biomolekuł zaprogramowanych do interakcji w celu aktywacji określonych aktywności komórkowych w obecności określonej ilości zewnętrznych bodźców lub cząsteczekpowiedział pierwszy autor badania, Guichi Zhu, pracownik naukowy ze stopniem doktora na UdeM.

„Zainspirowani modułowością naturalnych systemów sygnalizacyjnych i łatwością, z jaką mogą ewoluować w celu wykrywania nowych celów molekularnych, opracowaliśmy podobne kaskady sygnalizacyjne oparte na DNA, które mogą wykrywać i określać ilościowo określone cząsteczki poprzez generowanie łatwo mierzalnego sygnału elektrochemicznego„powiedziała.

Zasada działania tych czujników jest prosta: monitorowany cel molekularny lub lek (pokazany na zielono na powyższym rysunku) może oddziaływać z określoną cząsteczką DNA zwaną aptamerem (cząsteczka żółta). Po związaniu się z celem molekularnym ten „aptamerowy” DNA nie może już hamować innego elektroaktywnego DNA (czerwonego DNA), który może następnie dotrzeć do powierzchni elektrody i wygenerować prąd elektrochemiczny, który można łatwo wykryć za pomocą niedrogiego czytnika.

„Główną zaletą tych testów elektrochemicznych opartych na DNA jest to, że ich zasadę można uogólnić na wiele różnych celów, co pozwala nam opracować niedrogie urządzenia, które będą w stanie wykryć wiele różnych cząsteczek w ciągu pięciu minut w gabinecie lekarskim lub nawet w domupowiedziała Vallée-Bélisle, której zespół potwierdził swój nowatorski mechanizm, wykrywając w tym czasie cztery różne cząsteczki.

Testy na myszach

Aby zilustrować, w jaki sposób ten nowatorski mechanizm sygnalizacyjny można zaadaptować do łatwego w użyciu domowego testu, który pozwala pacjentom monitorować i optymalizować chemioterapię, autorzy zademonstrowali także monitorowanie w czasie rzeczywistym leku przeciwmalarycznego u żywych myszy. Obecnie stosowane standardowe testy wymagają zazwyczaj wielogodzinnych procedur i drogiego instrumentarium.

Ten nowatorski mechanizm sygnalizacyjny wytwarza zmiany w prądzie elektrycznym wystarczające do pomiaru za pomocą niedrogich urządzeń elektronicznych, podobnie jak w przypadku glukometrów stosowanych przez diabetyków do sprawdzania poziomu cukru we krwi.

„Ten test oparty na DNA pozwolił nam opracować czujniki dla wielu cząsteczek krwi, mimo że ich stężenie było czasami mniejsze niż 100 000 razy mniejsze niż stężenie glukozypowiedział Bal-Ram Adhikari, kolejny badacz ze stopniem doktora UdeM, który wziął udział w badaniu.

Patent na ten wynalazek został udzielony przez firmę Anasens z siedzibą w Montrealu w celu przyspieszenia jego komercjalizacji.

Źródła: