Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали новое поколение высокопроизводительных ДНК-аптамеров и высокоточных сенсоров на кокаин и другие опиоиды. Датчики специфичны для наркотиков и могут обнаруживать следовые количества фентанила, героина и кокаина, даже если эти наркотики смешаны с другими наркотиками или с разбавителями и примесями, такими как кофеин, сахар или прокаин. Датчики могут иметь далеко идущие преимущества для работников здравоохранения и правоохранительных органов.
«Эта работа может предоставить необходимые обновления для используемых в настоящее время тестов как в здравоохранении, так и в правоохранительных органах», — говорит И Сяо, доцент кафедры химии в штате Северная Каролина и автор двух исследований, описывающих эту работу.
«Например, полевые испытания на наркотики, которые в настоящее время используются правоохранительными органами, по-прежнему основаны на химических тестах, разработанных столетие назад, которые плохо специфичны, что означает, что они реагируют на соединения, которые могут не быть тем препаратом, который они ищут», — говорит Сяо.
«И существующий аптамерный тест на кокаин недостаточно чувствителен и специфичен, чтобы обнаружить клинически значимое количество препарата в биологических образцах, таких как кровь. Разработанные нами датчики могут обнаруживать кокаин в крови на наномолярных, а не микромолярных уровнях, что представляет собой 1000-кратное улучшение чувствительности».
В двух исследованиях, опубликованных в Журнале Американского химического общества ( JACS ) и JACS Au , Сяо возглавил группу, которая разработала сенсоры на основе аптамеров для кокаина, героина, кодеина, фентанила и других запрещенных наркотиков.
Аптамер — это короткая одиночная цепь ДНК или РНК, которая будет связываться с конкретной молекулой с высоким сродством, а это означает, что он не будет связываться с другими молекулами, кроме интересующей. Исследователи начинают поиск с добавления интересующей молекулы — например, кокаина — к смеси сотен триллионов рандомизированных последовательностей ДНК. Затем они видят, какой аптамер связывается с молекулой.
«Мы называем этот процесс «биопромыванием», поскольку он во многом похож на просеивание речных отложений в поисках золота», — говорит Обтин Алхамис, аспирант штата Северная Каролина и соавтор обеих статей. «Как только мы отделим связанные с мишенью цепи от несвязанных, мы тщательно проверим этот аптамер на предмет других мешающих соединений, чтобы убедиться, что он специфичен только для интересующего соединения».
Затем исследователи протестировали аптамеры, специфичные для соединений, на фармацевтических смесях, таблетках и крови, чтобы определить, смогут ли они идентифицировать определенные лекарства в образцах.
Команда Сяо использовала аптамер кокаина для обнаружения кокаина в сыворотке крови на уровне 10 наномолей (что эквивалентно 30 нанограммам на миллилитр или 30 частей на миллиард), что в 1000 раз лучше, чем лучший предыдущий тест на аптамер, который может обнаружить только 10 микромолярей. кокаин в 50% сыворотке.
Кроме того, сотрудники Калифорнийского университета в Санта-Барбаре смогли включить аптамер в электрод, который мог бы измерять концентрацию лекарства in situ в крови (в вене) крыс в режиме реального времени каждые 10 секунд в течение двухчасового периода времени. Это первое исследование, позволяющее измерить фармакологию наркотика, вызывающего злоупотребление, с временным разрешением, измеряемым в секундах.
Специфические для опиоидов аптамеры были включены в колориметрические анализы, которые могут специфически обнаруживать опиоиды, такие как героин и оксикодон, в растворе на уровнях всего 0,5 микромолярного (мкМ). Колориметрический анализ — это тест, который меняет цвет при обнаружении интересующего соединения. Эти анализы также позволили за считанные секунды обнаружить опиоиды в сложных химических матрицах, включая фармацевтические таблетки и смеси лекарств.
Для сравнения: «тест Маркиза», стандартный тест, используемый сотрудниками правоохранительных органов и судебно-медицинскими лабораториями, не смог обнаружить опиоиды в химических смесях.
Исследователи полагают, что эти аптамерные сенсоры могут найти полезное применение в сфере здравоохранения и общественной безопасности.
«Аптамеры могут производиться массово, имеют длительный срок хранения и легко химически модифицируются, что означает, что их можно использовать для любого типа сенсора, который вы разрабатываете», — говорит Сяо. «Таким образом, их можно было бы включить в тест-полоски для офицеров на местах, для использования дома или для пациентов в кабинете врача».
«Поскольку они обнаруживают наркотики на клинически значимых уровнях, вы потенциально можете провести анализ крови в отделении неотложной помощи, чтобы немедленно определить, что пациент мог принять, без полного забора крови и лабораторных исследований», — говорит Алхамис. «Возможные варианты использования действительно интересны».
