Montrealskí chemici vyvíjajú rýchly senzor na báze DNA na monitorovanie liekov.

Montrealskí chemici vyvíjajú rýchly senzor na báze DNA na monitorovanie liekov.

Chemici z Université de Montréal vyvinuli „signálne kaskády“ molekúl DNA na hlásenie a kvantifikáciu koncentrácie rôznych molekúl v kvapke krvi, a to všetko do 5 minút. Ich výsledky, overené prostredníctvom experimentov na myšiach, boli dnes zverejnené v rJournal of the American Chemical Societypublikované a mohli by pomôcť pri vývoji nositeľných zariadení na monitorovanie a optimalizáciu liečby rôznych chorôb.

Tento prielom dosiahol výskumná skupina vedená profesorom chémie UdeM Alexisom Vallée-Bélisle. "Kritickým faktorom úspechu rôznych liečebných postupov je poskytovanie a udržiavanie terapeutického dávkovania liečiva počas liečby," povedal. "Suboptimálna terapeutická expozícia znižuje účinnosť a zvyčajne vedie k rezistencii voči liekom, zatiaľ čo nadmerná expozícia zvyšuje vedľajšie účinky."

Udržanie správnej koncentrácie liečiv v krvi však zostáva veľkou výzvou modernej medicíny. Pretože každý pacient má iný farmakokinetický profil, koncentrácia liečiv v jeho krvi sa výrazne líši. Napríklad pri chemoterapii mnoho pacientov s rakovinou nedostáva optimálne dávkovanie liekov a v súčasnosti je len málo testov dostatočne rýchlych na odhalenie tohto problému.

“Ľahko vykonateľné testy by mohli vo veľkej miere rozšíriť terapeutické monitorovanie liečiv a umožniť personalizovanú liečbupovedal Vincent De Guire, klinický biochemik z nemocnice Maisonneuve-Rosemont pridruženej k UdeM a predseda pracovnej skupiny pre laboratórne chyby a bezpečnosť pacientov Medzinárodnej federácie klinickej chémie a laboratórnej medicíny.

“Prepojené riešenie, podobné glukomeru v krvi, pokiaľ ide o prenosnosť, cenovú dostupnosť a presnosť, ktoré meria koncentrácie liečiva v správnom čase a odosiela výsledky priamo zdravotníckemu tímu, by zabezpečilo, že pacienti dostanú optimálnu dávku, ktorá maximalizuje ich šance na uzdravenie.“ povedal De Guire v nezávislom hodnotení štúdie.

Ako sa to stalo

Vallée-Bélisle, držiteľ kanadskej výskumnej katedry v bioinžinierstve a bionanotechnológii, strávil mnoho rokov výskumom toho, ako biologické systémy monitorujú koncentráciu molekúl vo svojom prostredí v reálnom čase.

Prelom tejto novej technológie prišiel z pozorovania, ako bunky detegujú a kvantifikujú koncentráciu molekúl vo svojom prostredí.

“Bunky vyvinuli „signalizačné kaskády“ nanometrov zložené z biomolekúl naprogramovaných tak, aby interagovali s cieľom aktivovať špecifické bunkové aktivity v prítomnosti špecifických množstiev vonkajších stimulov alebo molekúl.uviedol prvý autor štúdie Guichi Zhu, postdoktorandský výskumník v UdeM.

“Inšpirovaní modularitou prírodných signálnych systémov a ľahkosťou, s akou sa môžu vyvinúť na detekciu nových molekulárnych cieľov, sme vyvinuli podobné signálne kaskády založené na DNA, ktoré dokážu detegovať a kvantifikovať špecifické molekuly generovaním ľahko merateľného elektrochemického signálu."povedala.

Princíp týchto senzorov je jednoduchý: molekulárny cieľ alebo liečivo, ktoré sa má monitorovať (zobrazené zelenou farbou na obrázku vyššie), môže interagovať so špecifickou molekulou DNA nazývanou aptamér (žltá molekula). Po naviazaní na molekulárny cieľ táto „aptamérová“ DNA už nemôže inhibovať inú elektroaktívnu DNA (červenú DNA), ktorá sa potom môže dostať na povrch elektródy a generovať elektrochemický prúd, ktorý možno ľahko detegovať lacnou čítačkou.

“Hlavnou výhodou týchto elektrochemických testov založených na DNA je to, že ich princíp možno zovšeobecniť na mnoho rôznych cieľov, čo nám umožňuje vyvinúť lacné zariadenia, ktoré dokážu odhaliť veľa rôznych molekúl za päť minút v ordinácii lekára alebo dokonca doma.povedal Vallée-Bélisle, ktorého tím potvrdil svoj nový mechanizmus detekciou štyroch rôznych molekúl počas tohto obdobia.

Testy na myšiach

Na ilustráciu toho, ako možno tento nový signalizačný mechanizmus adaptovať na ľahko použiteľný domáci test, ktorý umožňuje pacientom monitorovať a optimalizovať chemoterapiu, autori tiež demonštrovali monitorovanie antimalarického lieku v reálnom čase u živých myší. Súčasné štandardné testy zvyčajne vyžadujú niekoľkohodinové postupy a drahé prístrojové vybavenie.

Tento nový signalizačný mechanizmus vytvára dostatok zmien v elektrickom prúde, ktoré sa dajú merať lacnou elektronikou, podobne ako technológia v glukomeroch, ktoré používajú diabetici na kontrolu hladiny cukru v krvi.

“Tento test na báze DNA nám umožnil vyvinúť senzory pre viacero molekúl krvi, aj keď ich koncentrácia bola niekedy menej ako 100 000-krát nižšia ako koncentrácia glukózy.povedal Bal-Ram Adhikari, ďalší postdoktorandský výskumník UdeM, ktorý sa zúčastnil štúdie.

Patent na tento vynález bol licencovaný spoločnosťou Anasens so sídlom v Montreale, aby sa urýchlila jeho komercializácia.

Zdroje: