כימאים מאוניברסיטת מונטריאול פיתחו "מפלי איתות" שנעשו עם מולקולות DNA כדי לדווח ולכמת את הריכוז של מולקולות שונות בטיפת דם, הכל תוך 5 דקות. הממצאים שלהם, מאומתים על ידי ניסויים בעכברים, מתפרסמים היום ב- כתב העת של האגודה האמריקנית לכימיהעשוי לסייע למאמצים לבנות מכשירים נקודתיים לניטור וייעול הטיפול במחלות שונות.
פריצת דרך זו נעשתה על ידי קבוצת מחקר בראשות פרופסור לכימיה ב-UdeM, אלכסיס ואלי-בליסל. "אחד הגורמים המרכזיים בטיפול מוצלח במחלות שונות הוא לספק ולשמור על מינון תרופות טיפוליות לאורך כל הטיפול", אמר. "חשיפה טיפולית לא אופטימלית מפחיתה את היעילות ומובילה בדרך כלל לעמידות לתרופות, בעוד שחשיפת יתר מגבירה את תופעות הלוואי".
שמירה על ריכוז נכון של תרופות בדם נותרה, עם זאת, אתגר מרכזי ברפואה המודרנית. מאחר שלכל חולה פרופיל פרמקוקינטי מובהק, ריכוז התרופות בדם משתנה באופן משמעותי. בטיפול כימותרפי, למשל, חולי סרטן רבים אינם מקבלים מינון אופטימלי של תרופות, ומעט או אף לא בדיקות מהירות מספיק כדי לסמן נושא זה.
"בדיקות קלות לביצוע יכולות להפוך את ניטור התרופות הטיפוליות לזמין יותר ולאפשר טיפולים מותאמים אישית יותר", אמר וינסנט דה ג'ייר, ביוכימאי קליני בבית החולים Maisonneuve-Rosemont המזוהה עם UdeM ויו"ר קבוצת העבודה בנושא שגיאות מעבדה ובטיחות המטופלים של הפדרציה הבינלאומית לרפואה קלינית ומעבדה.
"פתרון מחובר, בדומה לגלוקומטר במונחים של ניידות, סבירות ודיוק, שימדוד את ריכוזי התרופות בזמן הנכון ויעביר את התוצאות ישירות לצוות הבריאות יבטיח שהמטופלים יקבלו את המינון האופטימלי שממקסם את סיכויי ההחלמה שלהם", אמר דה-גייר בהערכה עצמאית של המחקר.
איך זה קרה
בעל קתדרה למחקר בקנדה בביו-הנדסה וביו-ננוטכנולוגיה, Vallée-Belisle השקיע שנים רבות בחקירה כיצד מערכות ביולוגיות עוקבות אחר ריכוז המולקולות בסביבתן בזמן אמת.
פריצת הדרך עם הטכנולוגיה החדשה הזו באה על ידי התבוננות כיצד תאים מזהים ומכמתים את ריכוז המולקולות בסביבתם.
"תאים פיתחו 'מפלי איתות' ננומטריים העשויים מביו-מולקולות שמתוכנתות לתקשר יחד כדי להפעיל פעילויות סלולריות ספציפיות בנוכחות כמות ספציפית של גירויים חיצוניים או מולקולות", אמר המחבר הראשון של המחקר Guichi Zhu, עמית פוסט-דוקטורט ב-UdeM.
"בהשראת המודולריות של מערכות האיתות של הטבע ומהקלות שבה הן יכולות להתפתח כדי לזהות מטרות מולקולריות חדשות, פיתחנו מפלי איתות דומים מבוססי DNA שיכולים לזהות ולכמת מולקולות ספציפיות באמצעות יצירת אות אלקטרוכימי קל למדידה", אמרה.
עקרון החישה של חיישנים אלה הוא פשוט: המטרה המולקולרית או התרופה שיש לנטר (מוצגת בירוק באיור למעלה) יכולה לקיים אינטראקציה עם מולקולת DNA ספציפית, הנקראת aptamer (מולקולה צהובה). לאחר הקישור למטרה המולקולרית, ה-DNA ה"aptamer" הזה כבר לא יכול לעכב DNA אלקטרו-אקטיבי אחר (DNA אדום), שיכול אז להגיע לפני השטח של אלקטרודה וליצור זרם אלקטרוכימי שניתן לזהות בקלות עם קורא זול.
"יתרון גדול של הבדיקות האלקטרוכימיות המבוססות על DNA הוא שניתן להכליל את עקרון החישה שלהן למטרות רבות ושונות, מה שמאפשר לנו לבנות מכשירים זולים שיכולים לזהות מולקולות רבות ושונות בחמש דקות במשרדו של הרופא או אפילו בבית", אמר Vallée-Bélisle, שהצוות שלו אימת את המנגנון החדש שלהם על ידי זיהוי ארבע מולקולות שונות בזמן זה.
נבדק על עכברים
כדי להמחיש כיצד ניתן להתאים את מנגנון האיתות החדש הזה לבדיקה ביתית קלה לשימוש כדי לעזור למטופל לנטר ולמטב את הטיפול הכימי שלהם, המחברים גם הדגימו ניטור בזמן אמת של תרופה נגד מלריה בעכברים חיים. בדיקות תקן הזהב הנוכחיות המשמשות לשם כך דורשות בדרך כלל שעות של הליכים וסביבה אינסטרומנטלית יקרה.
מנגנון איתות חדשני זה מייצר שינוי מספיק בזרם החשמלי שיימדד באמצעות אלקטרוניקה זולה בדומה לאלו שבמדדי הסוכר הביתיים המשמשים חולי סוכרת לבדיקת רמת הסוכר בדם.
"באמצעות בדיקת בסיס DNA זה, הצלחנו לפתח חיישנים למולקולות דם מרובות גם אם ריכוזן היה לפעמים פחות מפי 100,000 פחות מרוכז מגלוקוז", אמר Bal-Ram Adhikari, עמית אחר בתר-דוקטורט של UdeM שהשתתף במחקר.
פטנט על המצאה זו קיבל רישיון על ידי חברת Anasens ממונטריאול על מנת לזרז את מסחורה.
