Вчені створили універсальний сенсор на аптамерах

Американські вчені створили мініатюрний універсальний сенсор, який у реальному часі вимірює концентрацію молекул-мішеней у крові бадьорих лабораторних тварин. Такий пристрій відкриває нові можливості для досліджень фармакології, фізіології та токсикології лікарських препаратів. Статтю про розробку опубліковано в журналі.

Нездатність безперервно вимірювати концентрацію важливих речовин безпосередньо в живих організмах - одне з ключових обмежень біоаналітичної хімії. Конструкція сенсора, здатного вимірювати рівень молекул безпосередньо в крові, повинна обійти дві технічні перешкоди: вимірювання не повинно бути розділеним на стадії і сенсор повинен бути стабільний в крові. Існують сенсори, які обходять технічні обмеження і безперервно визначають рівень окремих сполук - глюкози, лактату, серотоніну та деяких інших молекул у крові, але вони працюють на основі специфічних реакцій молекул-мішеней і не універсальні: для кожного типу молекул потрібно винаходити і оптимізувати власну реакцію.

Одна з перспективних технологій, електрохімічний аптамерний датчик, володіє універсальністю, якої позбавлені реактивні датчики. Його основа - аптамери, молекули нуклеїнових кислот довгою кілька десятків нуклеотидів, які специфічно зв'язуються з різними молекулами-мішенями. Завдяки астрономічній кількості поєднань підстав в олігонуклеїдній молекулі можна знайти аптамер практично до будь-якої довільної мішені. За рахунок специфічного зв'язування з мішенню такі датчики також дуже стійкі до засмічення при роботі в крові.

Вчені з університету Каліфорнії взяли аптамерний датчик за основу своєї нової розробки. Вони створили мікрофлюїдний чіп, який пропускав до датчика тільки невеликі молекули, не допускаючи великі і повільно рухомі клітини крові. Для того, щоб додатково захистити сенсор від засмічення, вони покрили його біосумісною мембраною. Захищений біосенсор вчені використовували для вимірювання концентрації в крові щурів доксорубіцину - відомого протиракового препарату. Під час п'ятигодинного моніторингу сенсор продемонстрував наномолярну точність вимірювання.

Щоб показати універсальність сенсора, вчені використовували змінний аптамерний елемент для розпізнавання іншого типу речовин - антибіотиків аміноглікозидів. Біосенсор також швидко показав зміну концентрації препарату під час серії ін'єкцій. Сенсор, введений через катетер в яремну вену, дозволив тваринам рухатися майже безперешкодно і дав безперервний доступ до даних про концентрацію антибіотика в крові пильної тварини.

Цей біосенсор виявився здатним швидко і безперервно зчитувати інформацію про рівень молекул-мішеней в реальному часі, протягом декількох годин, навіть на пильній тварині. З таким функціоналом фармакологи зможуть побачити як швидко засвоюється лікарський препарат, фізіологи - відстежити поширення гормонів і метаболітів у крові з новим рівнем точності.

Новий біосенсор найближчим часом зможуть використовувати тільки вчені та медики, проте вже зараз існують нашкірні мікрофлюїдні чіпи, які можуть становити інтерес для спортсменів.