Montrealski kemiki razvijajo hiter senzor na osnovi DNK za spremljanje zdravil.

Montrealski kemiki razvijajo hiter senzor na osnovi DNK za spremljanje zdravil.

Kemiki na Université de Montréal so razvili "signalne kaskade" molekul DNK za poročanje in kvantificiranje koncentracije različnih molekul v kapljici krvi, vse v 5 minutah. Njihovi rezultati, potrjeni s poskusi na miših, so bili objavljeni danes vČasopis Ameriškega kemijskega društvaobjavila in bi lahko pomagala pri razvoju nosljivih naprav za spremljanje in optimizacijo zdravljenja različnih bolezni.

Ta preboj je dosegla raziskovalna skupina, ki jo je vodil profesor kemije UdeM Alexis Vallée-Bélisle. "Kritični dejavnik pri uspehu različnih zdravljenj je zagotavljanje in vzdrževanje terapevtskega odmerka zdravila skozi celotno terapijo," je dejal. "Neoptimalna terapevtska izpostavljenost zmanjša učinkovitost in običajno povzroči odpornost na zdravila, medtem ko prekomerna izpostavljenost poveča neželene učinke."

Vzdrževanje pravilne koncentracije zdravil v krvi pa ostaja velik izziv sodobne medicine. Ker ima vsak bolnik drugačen farmakokinetični profil, se koncentracija zdravil v krvi močno razlikuje. Pri kemoterapiji na primer veliko bolnikov z rakom ne prejme optimalnega odmerka zdravil in trenutno je le malo testov dovolj hitrih za odkrivanje te težave.

“Testi, ki jih je enostavno izvesti, bi lahko široko razširili terapevtsko spremljanje zdravil in omogočili prilagojeno zdravljenjeje dejal Vincent De Guire, klinični biokemik v bolnišnici Maisonneuve-Rosemont, ki je povezana z UdeM, in predsednik delovne skupine za laboratorijske napake in varnost bolnikov Mednarodne zveze za klinično kemijo in laboratorijsko medicino.

“Povezana rešitev, podobna merilniku glukoze v krvi v smislu prenosljivosti, cenovne dostopnosti in natančnosti, ki meri koncentracije zdravil ob pravem času in posreduje rezultate neposredno zdravstveni ekipi, bi zagotovila, da bolniki prejmejo optimalen odmerek, ki poveča njihove možnosti za ozdravitev.«je dejal De Guire v neodvisnem pregledu študije.

Kako se je zgodilo

Nosilec kanadske raziskovalne katedre za bioinženiring in bio-nanotehnologijo, Vallée-Bélisle, je več let raziskoval, kako biološki sistemi spremljajo koncentracijo molekul v svojem okolju v realnem času.

Preboj te nove tehnologije je prišel z opazovanjem, kako celice zaznavajo in kvantificirajo koncentracijo molekul v svojem okolju.

“Celice so razvile nanometrske 'signalne kaskade', sestavljene iz biomolekul, programiranih za interakcijo, da aktivirajo specifične celične aktivnosti v prisotnosti določenih količin zunanjih dražljajev ali molekulje dejal prvi avtor študije, Guichi Zhu, podoktorski raziskovalec na UdeM.

“Navdihnjeni z modularnostjo naravnih signalnih sistemov in enostavnostjo, s katero se lahko razvijejo za odkrivanje novih molekularnih tarč, smo razvili podobne signalne kaskade na osnovi DNK, ki lahko zaznajo in kvantificirajo specifične molekule z ustvarjanjem enostavno merljivega elektrokemičnega signala« je rekla.

Načelo teh senzorjev je preprosto: molekularna tarča ali zdravilo, ki ga je treba spremljati (prikazano zeleno na zgornji sliki), lahko sodeluje s specifično molekulo DNK, imenovano aptamer (rumena molekula). Po vezavi na molekularno tarčo ta "aptamer" DNK ne more več zavirati druge elektroaktivne DNK (rdeče DNK), ki lahko nato doseže površino elektrode in ustvari elektrokemični tok, ki ga je mogoče zlahka zaznati s poceni čitalnikom.

“Velika prednost teh elektrokemičnih testov, ki temeljijo na DNK, je, da je njihovo načelo mogoče posplošiti tudi na številne različne tarče, kar nam omogoča razvoj poceni naprav, ki bi lahko zaznale veliko različnih molekul v petih minutah v zdravniški ordinaciji ali celo doma.je dejal Vallée-Bélisle, katerega ekipa je potrdila svoj novi mehanizem z odkrivanjem štirih različnih molekul v tem času.

Testi na miših

Za ponazoritev, kako je mogoče ta novi signalni mehanizem prilagoditi domačemu testu, ki je enostaven za uporabo in omogoča bolnikom spremljanje in optimizacijo njihove kemoterapije, so avtorji prikazali tudi spremljanje zdravila proti malariji v realnem času pri živih miših. Trenutni standardni testi, ki se uporabljajo, običajno zahtevajo večurne postopke in drage instrumente.

Ta nov signalni mehanizem povzroči dovolj sprememb v električnem toku, da jih je mogoče izmeriti s poceni elektroniko, podobno tehnologiji v merilnikih glukoze v krvi, ki jih diabetiki uporabljajo za preverjanje krvnega sladkorja.

“Ta test na osnovi DNK nam je omogočil razvoj senzorjev za več krvnih molekul, čeprav je bila njihova koncentracija včasih manj kot 100.000-krat nižja od koncentracije glukozeje dejal Bal-Ram Adhikari, drugi podoktorski raziskovalec UdeM, ki je sodeloval v študiji.

Anasens iz Montreala je licenciral patent za ta izum, da bi pospešil njegovo komercializacijo.

Viri: