חוקרים מאוניברסיטת צפון קרוליינה סטייט פיתחו דור חדש של אפטמרים DNA בעלי ביצועים גבוהים וחיישני סמים מדויקים ביותר עבור קוקאין ואופיואידים אחרים. החיישנים הם ספציפיים לסמים ויכולים לזהות כמויות עקבות של פנטניל, הרואין וקוקאין – גם כאשר סמים אלו מעורבבים עם סמים אחרים או עם חומרי חיתוך וחומרי זיוף כגון קפאין, סוכר או פרוקאין. לחיישנים עשויות להיות יתרונות מרחיקי לכת עבור עובדי שירותי הבריאות וסוכנויות אכיפת החוק.
"עבודה זו יכולה לספק עדכונים נחוצים לבדיקות הנמצאות בשימוש כיום, הן במערכות הבריאות והן באכיפת החוק", אומר יי שיאו, פרופסור חבר לכימיה במדינת NC ומחבר מקביל של שני מחקרים המתארים את העבודה.
לדוגמה, בדיקות שדה סמים המשמשות כיום את רשויות אכיפת החוק עדיין מסתמכות על בדיקות כימיות שפותחו לפני מאה שנה והן אינן ספציפיות, מה שאומר שהן מגיבות לתרכובות שאולי אינן הסם שהם מחפשים".
יי שיאו, פרופסור חבר לכימיה במדינת NC
"ובדיקת האפטאמר הקיימת לקוקאין אינה רגישה וספציפית מספיק כדי לזהות כמויות רלוונטיות קלינית של הסם בדגימות ביולוגיות, כמו דם. החיישנים שפיתחנו יכולים לזהות קוקאין בדם ברמות ננומולאריות, ולא מיקרומולריות, המייצגות שיפור של פי 1,000 ברגישות."
בצמד מחקרים המופיעים ב כתב העת של האגודה האמריקאית לכימיה (JACS) ו JACS Auשיאו הוביל צוות שפיתח חיישנים מבוססי aptamer לקוקאין, הרואין, קודאין, פנטניל וסמים אסורים אחרים.
aptamer הוא גדיל בודד קצר של DNA או RNA שייקשר למולקולה ספציפית בעלת זיקה גבוהה, כלומר הוא לא ייקשר למולקולות אחרות מלבד זו העניינית. החוקרים מתחילים את החיפוש על ידי הוספת מולקולת העניין – קוקאין, למשל – לתערובת של מאות טריליונים של רצפי DNA אקראיים. ואז הם רואים איזה aptamer נקשר למולקולה.
"אנו מתייחסים לתהליך כאל 'ביו-panning', מכיוון שזה דומה מאוד לנפות דרך משקעי נהר כדי למצוא זהב", אומר אובטין אלחמיס, סטודנט לתואר שני במדינת NC ומחבר שותף של שני המאמרים. "ברגע שאנו מפרידים את הגדילים הקשורים למטרה מגדילים שאינם קשורים, אנו בודקים בקפדנות את האפטאמר הזה כנגד תרכובות מפריעות אחרות כדי להבטיח שהוא ספציפי רק לתרכובת העניינית."
לאחר מכן בדקו החוקרים את האפטמרים הספציפיים לתרכובת כנגד תערובות תרופות, טבליות ודם, כדי לקבוע אם הם יכולים לזהות תרופות מסוימות בדגימות.
הצוות של שיאו השתמש בקוקאין אפטאמר כדי לזהות קוקאין בסרום הדם ברמות של 10 ננומולר (שווה ערך ל-30 ננוגרם למיליליטר או 30 חלקים למיליארד), שיפור של פי 1,000 בהשוואה לבדיקת האפטאמר הקודמת הטובה ביותר שיכולה לזהות רק 10 מיקרומולר. קוקאין בסרום של 50%.
בנוסף, משתפי פעולה באוניברסיטת קליפורניה סנטה ברברה הצליחו לשלב את האפטאמר באלקטרודה שיכולה למדוד את ריכוז התרופה באתרו בדם (בווריד) של חולדות בזמן אמת כל 10 שניות בפרק זמן של שעתיים. זהו המחקר הראשון המסוגל למדוד את הפרמקולוגיה של סם שימוש לרעה עם רזולוציית זמן הנמדדת בשניות.
האפטמרים הספציפיים לאופיואידים שולבו במבחנים קולורימטריים שיכולים לזהות באופן ספציפי אופיואידים כמו הרואין ואוקסיקודון בתמיסה ברמות נמוכות של 0.5 מיקרומולר (μM). בדיקה קולורימטרית היא בדיקה שמשנה את צבעה כאשר מתגלה התרכובת המעניינת. מבחני אלו הצליחו גם לזהות אופיואידים במטריצות כימיות מורכבות תוך שניות – כולל טבליות פרמצבטיות ותערובות תרופות.
לשם השוואה, "מבחן המרקיז", בדיקה סטנדרטית המשמשת גורמי אכיפת חוק ומעבדות לזיהוי פלילי, לא הצליחה לזהות אופיואידים בתערובות כימיות.
החוקרים מאמינים שלחיישני aptamer אלה יש יישומים שימושיים לבריאות ולבטיחות הציבור.
"את האפטמרים ניתן לייצר המוני, יש להם חיי מדף ארוכים והם ניתנים לשינוי כימי בקלות, מה שאומר שניתן להשתמש בהם עבור כל סוג של חיישן שאתה מפתח", אומר Xiao. "לכן ניתן לשלב אותם ברצועות בדיקה לקצינים בשטח, לשימוש בבית או לחולים אנושיים במשרד רופא".
"מכיוון שהם מזהים תרופות ברמות רלוונטיות מבחינה קלינית, אתה יכול לעשות בדיקת טיפת דם בחדר המיון כדי לקבוע מיידית מה החולה לקח, ללא בדיקת דם מלאה ובדיקות מעבדה", אומר אלחמיס. "השימושים האפשריים באמת מרגשים".
העבודה נתמכה על ידי המכון הלאומי לצדק (פרסים 2019-DU-BX-0024 ו-2022-GG-04440-RESS), הקרן הלאומית למדע (מענק CHE-2135005), והמכונים הלאומיים לבריאות (מענק R01DA051100) . ניקול אמונס, יוטינג וואנג, קווין הוניוול, קווין פלקסקו וטוד קיפין, כולם מאוניברסיטת קליפורניה סנטה ברברה, תרמו לפיתוח החיישן המבוסס על aptamer אלקטרוכימי לבדיקת קוקאין in vivo. סטודנטים בוגרי מדינת NC, חואן קאנורה, יויאנג וו, מתיו ונצקה ופוונג לי תרמו אף הם לעבודת האופיואידים.
