Međunarodni tim istraživača razvio je ručni, neinvazivni uređaj koji može otkriti biomarkere za Alchajmerovu i Parkinsonovu bolest. Biosenzor takođe može da prenosi rezultate bežično na laptop ili pametni telefon.
Tim je testirao uređaj na in vitro uzorcima pacijenata i pokazao da je tačan koliko i stanje tehnike. Na kraju, istraživači planiraju da testiraju uzorke pljuvačke i urina pomoću biosenzora. Uređaj bi se mogao modifikovati da detektuje biomarkere i za druga stanja.
Istraživači predstavljaju svoje nalaze u izdanju Zbornika radova Nacionalne akademije nauka od 13. novembra 2023. godine.
Uređaj se oslanja na električnu, a ne hemijsku detekciju, za koju istraživači kažu da je lakša za implementaciju i tačnija.
„Ovaj prenosivi dijagnostički sistem bi omogućio testiranje kod kuće i na mestu nege, poput klinika i staračkih domova, za neurodegenerativne bolesti širom sveta“, rekao je Ratneš Lal, profesor bioinženjeringa, mašinstva i nauke o materijalima na UC San Diego Jacobs School of inženjering i jedan od dopisnih autora rada.
Do 2060. godine, oko 14 miliona Amerikanaca će patiti od Alchajmerove bolesti. Druge neurodegenerativne bolesti, kao što je Parkinsonova, takođe su u porastu. Trenutne metode testiranja za Alzherimerovu i Parkinsonovu bolest zahtevaju kičmenu tapku i testove snimanja, uključujući MRI. Kao rezultat toga, rano otkrivanje bolesti je teško, jer pacijenti odbijaju od invazivnih procedura. Testiranje je takođe teško za pacijente koji već pokazuju simptome i teško se kreću, kao i za one koji nemaju rani pristup lokalnim bolnicama ili medicinskim ustanovama.
Jedna od preovlađujućih hipoteza u ovoj oblasti, na koju se Lal fokusirao, jeste da Alchajmerovu bolest izazivaju rastvorljivi amiloidni peptidi koji se spajaju u veće molekule, koji zauzvrat formiraju jonske kanale u mozgu.
Lal je želeo da razvije test koji bi mogao da otkrije amiloidne beta i tau peptide – biomarkere za Alchajmerovu bolest – i alfa sinukleinske proteine – biomarker za Parkinsonovu – neinvazivno, posebno iz pljuvačke i urina. Želeo je da se osloni na električnu, a ne hemijsku detekciju, jer veruje da je lakše primeniti i tačnije. Takođe je želeo da napravi uređaj koji bi mogao bežično da prenosi rezultate testa porodici i lekarima pacijenta.
Uređaj je rezultat njegove tri decenije stručnosti, kao i njegove saradnje sa istraživačima širom sveta, uključujući i one koautore u ovom radu iz Teksasa i Kine.
„Pokušavam da poboljšam kvalitet života i spasim živote“, rekao je on.
Da bi realizovali Lalovu viziju, on i kolege su prilagodili uređaj koji su razvili tokom pandemije COVID-a da bi otkrili proteine šiljaka i nukleoproteina u živom virusu SARS-CoV-2, koji su opisali u PNAS-u 2022. Taj proboj je omogućen minijaturizacijom čipova i velikom automatizacijom proizvodnje biosenzora.
Uređaj opisan u PNAS studiji iz 2023. godine sastoji se od čipa sa tranzistorom visoke osetljivosti, poznatim kao tranzistor sa efektom polja (FET). U ovom slučaju, svaki tranzistor je napravljen od sloja grafena koji je debeo jedan atom (GFET, gde G označava grafen) i tri elektrode – izvorne i odvodne elektrode, povezane sa pozitivnim i negativnim polom baterije, da teče. električnu struju i elektrodu za kontrolu količine struje.
Na elektrodu kapije povezan je jedan lanac DNK, koji služi kao sonda koja se specifično vezuje za amiloid beta, tau ili sinuklein proteine. Vezivanje ovih amiloida sa njihovom specifičnom sondom DNK lanca, nazvanom aptamer, menja količinu strujnog toka između izvorne i drenažne elektrode. Promena ove struje ili napona je signal koji se koristi za otkrivanje specifičnih biomarkera, poput amiloida ili proteina COVID 19.
Istraživački tim je testirao uređaj sa amiloidnim proteinima iz mozga od preminulih pacijenata od Alchajmerove i Parkinsonove bolesti. Eksperimenti su pokazali da su biosenzori bili u stanju da detektuju specifične biomarkere za oba stanja sa velikom tačnošću, uporedo sa postojećim najsavremenijim metodama. Uređaj takođe radi na izuzetno niskim koncentracijama, što znači da su mu potrebne male količine za uzorke – do samo nekoliko mikrolitara.
Pored toga, testovi su pokazali da se uređaj dobro pokazao čak i kada su analizirani uzorci sadržavali druge proteine. Tau proteine je bilo teže otkriti. Ali pošto uređaj gleda na tri različita biomarkera, on može kombinovati rezultate sva tri da bi došao do pouzdanog ukupnog rezultata.
Tehnologija je licencirana od UC San Diego za biotehnološki startup Ampera Life. Lal je predsednik kompanije, ali ne dobija finansijsku podršku za svoje istraživanje od kompanije.
Sledeći koraci uključuju testiranje krvne plazme i cerebro-kičmene tečnosti pomoću uređaja, zatim na kraju uzoraka pljuvačke i urina. Testovi bi se odvijali u bolničkim ustanovama i staračkim domovima. Ako ti testovi prođu dobro, Ampera Life planira da se prijavi za FDA odobrenje za uređaj, nadamo se u narednih pet ili šest meseci. Krajnji cilj je da uređaj bude na tržištu za godinu dana.
