新型生物传感器测量癌症、关节炎和器官移植患者的毒性药物
图片:昆士兰理工大学合成生物学教授基里尔·亚历山德罗夫
资料来源:昆士兰理工大学
研究人员朝着改变一个价值700亿美元的全球诊断行业又迈进了一步。他们设计了新的生物传感器，可以对用于癌症、关节炎和器官移植治疗的药物“开启”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和昆士兰病理学大学合作，证明了他们构建小分子生物传感器的模块化方法——旨在捕获选择的生物标志物并产生可测量的反应的人工蛋白质。
在两项独立的研究中，生物传感器被用于准确测量免疫抑制药物环孢素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。
首席研究员基里尔·亚历山德罗夫教授表示，这种蛋白质生物传感器有潜力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大病人护理。
亚历山德罗夫教授说:“蛋白质是全球700亿美元诊断市场的核心，这个市场严重依赖中央实验室的处理。”
“我们的生物传感器技术将使治疗药物监测等测试能够在不太复杂的设备上进行，你更有可能在小型、地区性或偏远的实验室和医院中找到这些设备。”
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素a水平。
亚历山德罗夫教授说:“随着进一步的发展，生物传感器技术可以用于手指测试，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。”
亚历山德罗夫教授说，蛋白质的复杂性和脆弱性给蛋白质生物传感器的构建和使用带来了困难，但模块化的设计帮助缓解了这个问题，并且可以适应于任何小分子——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，用重组DNA技术改变，产生人工开关分子，以识别特定的药物。
“蛋白质生物传感器被‘关闭’了——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，并与检测到的生物标志物的数量成比例地‘开启’信号，”他说。
当被激活时，不同的蛋白质生物传感器会产生颜色的变化来读取基于色调的读数，或者产生电化学电流。
亚历山德罗夫教授说，他们的团队用普通血糖仪技术进行了应用实验，以开发出一种便宜、便携、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品，产生与捕获的目标分子数量成比例的电流。”
“克拉克森团队还证明了复用这种技术的可行性，可以同时检测两种不同的生物标志物。”
尽管实验取得了成功，亚历山德罗夫教授说，血糖仪技术是特定用途的，研究人员需要重新设计设备和制造流程，以适应新的临床用途。
“在制造医疗设备时，有大量的参数需要协调。这是非常困难的，这就是为什么新的诊断技术进入市场非常缓慢的原因。”
亚历山德罗夫教授来自昆士兰科技大学基因组学和个人健康中心、农业和生物经济中心以及理学院。他说，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。
文章标题Design of a methotrexate-controlled chemical dimerization system and its use in bio-electronic devices
