Utrzymanie odpowiedniego stężenia leków we krwi to jedno z największych wyzwań dla współczesnej medycyny. Każdy pacjent ma odrębny profil farmakokinetyczny, toteż stężenie leków we krwi znacznie się różni. Na przykład wielu pacjentów onkologicznych nie otrzymuje optymalnej dawki chemioterapeutyków, a często żadne testy nie są obecnie wystarczająco szybkie, aby prawidłowo ocenić ten problem.

Profesor Alexis Vallée-Belisle z kanadyjskiego Université de Montréal (UdeM) spędził wiele lat badając, w jaki sposób systemy biologiczne monitorują stężenie cząsteczek w swoim otoczeniu w czasie rzeczywistym. Jego zespół opracował nową metodę pomiarową, opartą o „kaskady sygnałowe” cząsteczek DNA (https://doi.org/10.1021/jacs.5c12059). Technika ta ma umożliwić - w ciągu 5 minut - raportowanie i ilościowe określanie stężenia różnych cząsteczek w kropli krwi.

Monitorowana substancja, na przykład lek, oddziałuje ze specyficzną cząsteczką DNA, zwaną aptamerem. Po związaniu się z celem molekularnym, aptamer DNA nie hamuje już innej, elektroaktywnej cząsteczki DNA, która może wówczas dotrzeć do powierzchni elektrody i wygenerować elektrochemicznie prąd elektryczny, łatwy do wykrycia za pomocą niedrogiego czujnika.

Skuteczność metody potwierdziły eksperymenty na myszach.

Jak podkreślił prof. Vallée-Bélisle, jego badania mogą wspomóc prace nad budową urządzeń do monitorowania i optymalizacji leczenia różnych chorób w miejscu opieki.

„Jednym z kluczowych czynników skutecznego leczenia jest zapewnienie i utrzymanie terapeutycznej dawki leku przez cały jego okres” – wskazał profesor. „Nieoptymalna ekspozycja terapeutyczna zmniejsza skuteczność i zazwyczaj prowadzi do lekooporności, podczas gdy nadmierna ekspozycja nasila działania niepożądane” - podkreślił.

„Łatwe w wykonaniu testy mogłyby zwiększyć dostępność monitorowania leków terapeutycznych i umożliwić bardziej spersonalizowane metody leczenia” – zaznaczył w niezależnej ocenie badania Vincent De Guire, biochemik kliniczny ze szpitala Maisonneuve-Rosemont, afiliowanego przy UdeM.

Według niego rozwiązanie „podobne do glukometru pod względem mobilności, przystępności cenowej i dokładności, które mierzyłoby stężenie leku we właściwym czasie i przesyłało wyniki bezpośrednio do zespołu opieki zdrowotnej, zapewniłoby pacjentom optymalną dawkę, maksymalizującą ich szanse na wyzdrowienie”.

„Komórki rozwinęły nanoskalowe »kaskady sygnałowe«, zbudowane z biocząsteczek, które są zaprogramowane do interakcji w celu aktywacji określonych aktywności komórkowych w obecności określonej ilości bodźców zewnętrznych lub cząsteczek” – powiedziała Guichi Zhu, główna autorka badania, adiunkt na Uniwersytecie w Minnesocie.

„Zainspirowani modułowością naturalnych systemów sygnałowych i łatwością, z jaką mogą one ewoluować, aby wykrywać nowe cele molekularne, opracowaliśmy podobne kaskady sygnałowe oparte na DNA, które mogą wykrywać i kwantyfikować określone cząsteczki poprzez generowanie łatwego do zmierzenia sygnału elektrochemicznego” – dodała.

Vallée-Bélisle, którego zespół zweryfikował ten nowatorski mechanizm, wykrywając w krótkim czasie cztery różne cząsteczki, uznał, że wielką zaletą tych elektrochemicznych testów opartych na DNA jest to, iż ich zasadę działania można uogólnić na wiele różnych celów - „co pozwala nam budować niedrogie urządzenia, które mogłyby wykryć wiele różnych cząsteczek w ciągu pięciu minut w gabinecie lekarskim, a nawet w domu”.

Autorzy zademonstrowali również monitorowanie leku przeciwmalarycznego w czasie rzeczywistym u żywych myszy. Obecnie stosowane testy zazwyczaj wymagają wielogodzinnych procedur i kosztownej aparatury.

Paweł Wernicki (PAP)

pmw/ bar/