Dopaminas, mūsų smegenyse esantis neuromediatorius, ne tik reguliuoja mūsų emocijas, bet ir yra tam tikrų vėžio formų ir kitų neurologinių būklių biomarkeris.
Centrinės Floridos universiteto mokslininkai, vadovaujami UCF NanoScience technologijų centro profesoriaus Debashis Chanda, sukūrė integruotą optinį jutiklį, galintį aptikti dopaminą tiesiai iš neapdoroto kraujo mėginio. Šis jutiklis gali būti nebrangi ir efektyvi įvairių neurologinių būklių ir vėžio atrankos priemonė, galiausiai suteikianti geresnių rezultatų pacientams.
Tyrimas publikuojamas žurnale Mokslo pažanga.
„Šis plazmoninis biosensorius yra ypač jautrus mažoms biomolekulių koncentracijoms, todėl jie yra perspektyvi platforma specializuotiems tyrimams ir priežiūros taškams atokiose vietose“, – sako Chanda, pagrindinis tyrimo tyrėjas, taip pat turintis paskyrimų UCF Fizikos ir CREOL katedroje. , Optikos ir fotonikos kolegija.
„Šiame darbe pademonstravome visiškai optinę, paviršių funkcionalizuotą plazmoninio biosensavimo platformą, skirtą mažoms neurotransmiterio dopamino koncentracijoms aptikti tiesiogiai iš įvairių biologinių mėginių, įskaitant baltymų tirpalus, dirbtinį smegenų skystį ir neapdorotą visą kraują.
Neurotransmiteriai atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį reguliuojant nervų funkciją ir bendrą žmonių ir gyvūnų gerovę, todėl optimaliai kūno funkcijai reikalinga harmoninga neurologinių hormonų pusiausvyra, sako Chanda. Dopaminas yra labai svarbus siųstuvas, nes daro didelę įtaką pažinimo procesams, tokiems kaip motorinės funkcijos arba emocijos, pavyzdžiui, laimė ar malonumas.
Dopamino lygio sutrikimai yra glaudžiai susiję su įvairiais neurodegeneraciniais sutrikimais, tokiais kaip Parkinsono liga ir Alzheimerio liga, neurologinio vystymosi sąlygomis, tokiomis kaip dėmesio stokos hiperaktyvumo sutrikimas ir Tourette sindromas, ir psichologiniais sutrikimais, tokiais kaip bipolinis sutrikimas ir šizofrenija, sako Chanda.
Nukrypimai nuo normalaus dopamino kiekio taip pat gali būti svarbus tam tikrų vėžio tipų diagnostikos žymuo. Tikslus ir patikimas dopamino koncentracijos matavimas yra nepaprastai svarbus siekiant tobulinti farmacinius tyrimus ir medicininę terapiją, sako Chanda.
Kaip tai veikia
Plazmoninis jutiklis pagamintas iš mažyčio aukso rašto, dėl kurio elektronai kartu juda bangomis. Šios bangos, vadinamos plazmonais, sustiprėja naudojant specialią optinę sąranką. Kai nauja molekulė patenka į jutiklio aplinką, ji keičia elektronų judėjimą, o tai turi įtakos šviesos atsispindėjimui nuo jutiklio. Šis atspindžio pokytis padeda aptikti molekulės buvimą.
Skirtingai nuo tradicinių biosensorių, kurie remiasi biologiniais elementais, tokiais kaip antikūnai ar fermentai, šis UCF sukurtas prietaisas naudoja specialiai sukurtą aptamerą – sintetinę DNR grandinę – tiksliai aptikti dopaminą. Dėl šio metodo jutiklis ne tik tampa ekonomiškesnis ir lengviau laikomas, bet ir leidžia prietaisui aptikti dopaminą tiesiai iš neapdoroto kraujo be jokio paruošimo. Šis proveržis gali būti ypač vertingas srityse, kuriose medicinos ištekliai riboti, nes supaprastina aptikimo procesą ir atveria duris kitų ligų diagnozavimui naudojant tą pačią technologiją.
Tyrėjai sugebėjo nukreipti konkrečias molekules, padengdami jutiklio aktyvią zoną aptameru, specialiai sukurtu tam, kad būtų galima labai tiksliai užfiksuoti tam tikrą biomarkerį.
Tyrimo rezultatai išryškina plazmoninių „aptasensorių“, naudojančių aptamerius, potencialą, kad būtų galima sukurti greitas ir tikslias ligų stebėjimo, medicininės diagnostikos ir tikslinių terapijų diagnostikos priemones, teigia mokslininkai.
„Buvo daug plazmoninių biosensorių demonstracijų, tačiau visi jie nesugeba aptikti atitinkamo biomarkerio tiesiogiai iš neapdorotų biologinių skysčių, tokių kaip kraujas“, – sako pagrindinė straipsnio autorė, mokslų daktarė Aritra Biswas.
Naujasis tyrimas grindžiamas ankstesniu komandos darbu kuriant dopamino detektorių, pakeičiant cerio oksido nanodaleles DNR pagrindu pagamintais aptamerais, padidinant jutiklio selektyvumą ir išplečiant jo pritaikymą aptikti dopaminą tiesiogiai įvairiuose biologiniuose mėginiuose, nereikalaujant išankstinio mėginio paruošimo.
„Ši koncepcija gali būti toliau tiriama aptinkant skirtingas biomolekules tiesiai iš neapdoroto kraujo, pavyzdžiui, baltymus, virusus, DNR“, – sako Chanda. „Gali būti didelio susidomėjimo besivystančiose šalyse, kuriose prieiga prie analitinių laboratorijų yra ribota.