ביולוגים סינתטיים של אוניברסיטת רייס מצאו דרך לחזור על טכנולוגיית ניטור הגלוקוז המשמשת במערכות מינון אינסולין אוטומטיות ולהפוך אותה ליישימה אוניברסלית לניטור ומינון של כמעט כל תרופה.
במחקר שפורסם לאחרונה ב תקשורת טבעחוקרים במעבדה של קרוליין אג'ו-פרנקלין הדגימו את הטכניקה על ידי שינוי חיישן גלוקוז בדם כדי לזהות את התרופה האנטי סרטנית אפימוקסיפן, מעכב אסטרוגן שגופו של המטופל מייצר גם לאחר נטילת הטמוקסיפן הכימותרפי.
על ידי בנייה על טכנולוגיית ביולוגית בוגרת הזמינה באופן מסחרי ברוב חנויות התרופות במחיר של פחות מ-20 דולר, הצוות של Ajo-Franklin מקווה להאיץ את הפיתוח של מערכות מינון אוטומטיות לכימותרפיות ותרופות אחרות, כמו גם טכנולוגיות אחרות לניטור בזמן אמת של סמנים ביולוגיים בדם .
החלום הוא לקבל טכנולוגיה דומה לזו הזמינה כיום לניטור וטיפול בשינויים ברמת הגלוקוז בדם, ושזה יהיה נכון בעצם לכל תרופה. מיליוני אנשים משתמשים מדי יום במוניטור של גלוקוז בדם. אם נוכל להשתמש באותה טכנולוגיה בסיסית כדי לנטר תרופות וסמנים ביולוגיים אחרים, נוכל להתרחק ממשטרי המינון האחד-מתאים לכולם שאנו תקועים איתם היום".
קרוליין אג'ו-פרנקלין, מדענית ביולוגית, חוקרת סרטן ומנהלת המכון לביולוגיה סינתטית של אורז
הלב של טכנולוגיית ניטור הגלוקוז בדם הוא תגובה ביוכימית שבה חלבונים ספציפיים נקשרים למולקולות גלוקוז ומשחררים אלקטרונים. מיליוני תגובות אלו מתרחשות תוך שניות, ויוצרות זרם חשמלי קטן שהוא פרופורציונלי לכמות הגלוקוז בדגימת הדם.
Rong Cai, עמית מחקר פוסט-דוקטורט והמחבר הראשי של המחקר, בדק יותר מ-400 גרסאות שהשתנו מעט של החלבון המשחרר אלקטרונים ומצא גרסה שהגיבה עם אפימוקסיפן, והפחיתה את הפלט הנוכחי מתגובת הגלוקוז בדם. זה איפשר לצוות לזהות נוכחות של אפימוקסיפן על ידי השוואת הזרם שנוצר על ידי בדיקת הגלוקוז הרגילה לזרם המופחת מהבדיקה ששונתה.
כדי להדגים את הטכנולוגיה במכשיר אלקטרוני, הצוות של אג'ו-פרנקלין עבד עם קבוצת המחקר של מהנדס רייס ומדען החומרים רפאל ורדוזקו כדי ליצור חיישן אפימוקסיפן שפלט זרם בעת זיהוי התרופה.
אג'ו-פרנקלין אמרה שהמעבדה שלה כבר עובדת על שתי הדרכים לשיפור הרגישות של בדיקות תרופות מבוססות גלוקוז ושיטות לזיהוי מהיר של חלבונים מחמצני גלוקוז שיכולים לזהות תרופות שאינן אפימוקסיפן.
"הגלוקומטר הוא החלק שכל כך מפותח", אמר קאי. "המטרה שלנו אמנם שונה, אבל זה רק עניין של הנדסה ושינוי של החלבון מבפנים. מבחוץ, הכל עדיין יהיה אותו דבר. אתה עדיין יכול לעשות את הבדיקה עם רצועה או על היד".
לדבריה, תכונה מרכזית נוספת של הטכנולוגיה היא שהיא מייצרת תפוקה חשמלית.
"אם האות שלך חשמלי, אתה יכול לקרוא אותו בטלפון שלך, לאחסן את הנתונים שלו בטלפון שלך, לשלוח אותו לענן, מה שלא יהיה", אמר קאי. "זה החלק, הנישואים בין חשמל וביולוגיה, שהוא מאוד אטרקטיבי".
אג'ו-פרנקלין הוא פרופסור למדעי הביו בבית הספר למדעי הטבע וייס וחוקר CPRIT בחקר הסרטן במכון למניעת סרטן וחקר הסרטן של טקסס (CPRIT). Verduzco הוא פרופסור להנדסה כימית וביו-מולקולרית ולמדעי החומרים והנדסת ננו בבית הספר להנדסה של ג'ורג' ר. בראון.
המחקר נתמך על ידי CPRIT (RR190063), הקרן הלאומית למדע (1828869, 2223678) ומשרד המחקר של הצבא (W911NF-22-1-0239).
