【Nature子刊】朝着改变700亿美元的全球诊断行业又迈进了一步！蛋白质生物传感器可测量癌症、关节炎和器官移植患者中的有毒药物

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作者：Daisy

导读：近日，研究人员开发了一种新型生物传感器，可以测量癌症、关节炎和器官移植患者中的有毒药物。生物传感器适用于准确测量免疫抑制药物环孢菌素A，他克莫司和雷帕霉素以及抗癌药物甲氨蝶呤，需要密切监测以减少毒性和器官损伤。激活时，不同的蛋白质生物传感器产生基于色调的读数的颜色变化或电化学电流。蛋白质是全球700亿美元诊断市场的核心，该市场严重依赖中央实验室处理。该生物传感器技术将使在不太复杂的设备上进行治疗药物监测成为可能，你更有可能在小型、地区性或偏远的实验室和医院找到，提高患者护理。并且模块化设计，可以适应任何小分子——而不仅仅是治疗药物。

通过设计新型生物传感器，研究人员朝着改变700亿美元的全球诊断行业又迈进了一步，这些传感器可以测量癌症、关节炎和器官移植治疗中使用的药物的颜色或电反应。

来自CSIRO-QUT合成生物学联盟的研究人员与美国克拉克森大学、昆士兰病理学大学合作，已经证明了他们构建小分子生物传感器的模块化方法——设计用于捕获所选的生物标志物并产生可测量的反应的人工蛋白质。

《Angewandte Chemie》（2021年10月11日）和《Nature Communications》（2021年12月8日）最近发布了验证不同生物传感器设计的研究。在两项独立的研究中，生物传感器适用于准确测量免疫抑制药物环孢菌素A，他克莫司和雷帕霉素以及抗癌药物甲氨蝶呤，这需要密切监测以减少毒性和器官损伤。

研究人员在《Nature Communications》上发表了一篇题为“Design of a methotrexate-controlled chemical dimerization system and its use in bio-electronic devices”的文章：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-27184-w

首席研究员Kirill Alexandrov教授表示，这种蛋白质生物传感器有可能通过在更便宜的实验室设备和新的护理点设备上进行复杂的测试来扩展患者护理。

Alexandrov教授说：“蛋白质是全球700亿美元诊断市场的核心，该市场严重依赖中央实验室处理。”

“我们的生物传感器技术将使在不太复杂的设备上进行治疗药物监测等成为可能，你更有可能在小型、地区性或偏远的实验室和医院找到。”

未来的检测可能还需要更小的生物样本，研究人员证明生物传感器可以准确测量一微升血液样本中的环孢菌素A水平。

Alexandrov教授说：“随着生物传感器技术的进一步发展，可能会发展成一种指尖测试，在标准的会诊过程中，医生可以在3-5分钟内获得病人的结果。”

Alexandrov教授还说，蛋白质的复杂性和脆弱性使得蛋白质生物传感器的构建和使用变得困难，但模块化设计有助于缓解这一问题，并且可以适应任何小分子——而不仅仅是治疗药物。

他说，新的蛋白质是由工程细菌产生的，使用重组DNA技术进行了改变，以产生专门用于识别特定药物的人工开关分子。

他说：“蛋白质生物传感器被‘关闭’——就像电路缺了一块一样。只有血液或唾液等人体体液中的目标生化才能完成‘回路’，并'开启'与检测到的生物标志物量成比例的信号。”

激活时，不同的蛋白质生物传感器产生基于色调的读数的颜色变化或电化学电流。

Alexandrov教授说，该团队尝试了使用普通血糖仪技术进行应用试验，以开发一种廉价，便携和准确的设备。

他说：“激活的电化学生物传感器分解葡萄糖并产生电子作为副产物，以产生与捕获的靶分子量成比例的电流。”

“Clarkson团队还展示了将该技术多路复用以同时检测两种不同生物标志物的可行性。”

尽管实验取得了成功，但Alexandrov教授表示血糖仪技术是针对特定用途的，研究人员需要为新的临床用途重新设计设备和制造流程。

他说：“在构建医疗设备时，有大量参数需要协调，这非常困难，这就是为什么新的诊断技术进入市场非常缓慢的原因。”

 Alexandrov教授来自QUT基因组学和个性化健康中心，QUT农业和生物经济中心以及QUT科学学院。他表示，未来的研究将集中在蛋白质生物传感器的稳定性，灵敏度和可制造性上。

参考资料：

https://medicalxpress.com/news/2021-12-biosensors-toxic-drugs-cancer-arthritis.html

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。

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