蒙特利尔大学化学家开发出由DNA分子构成的“信号级联”技术，可在五分钟内报告并量化一滴血液中多种分子的浓度。该研究成果已在小鼠实验中得到验证，并发表于《美国化学学会杂志》，有望助力开发用于监测和优化各类疾病治疗的床旁检测设备。
此项研究由蒙特利尔大学化学教授亚历克西斯·瓦莱-贝利斯尔（Alexis Vallée-Bélisle）领导的研究团队完成。他表示：“成功治疗多种疾病的關鍵因素之一是在整个疗程中提供并维持适当的治疗药物剂量。治疗暴露不足会降低疗效并通常导致耐药性，而暴露过量则会增加副作用。”
然而，在现代医学中维持血液中正确的药物浓度仍是一项重大挑战。由于每位患者具有独特的药代动力学特征，其血液中药物浓度差异显著。例如在化疗中，许多癌症患者无法获得最佳药物剂量，而目前极少有检测方法能快速发现这一问题。
隶属于蒙特利尔大学的梅松纳夫-罗斯蒙特医院（Maisonneuve-Rosemont Hospital）临床生物化学家、国际临床化学和实验室医学联合会实验室错误与患者安全工作组主席文森特·德吉尔（Vincent De Guire）表示：“易于操作的检测方法可使治疗药物监测更广泛普及，并实现更个性化的治疗。”他在对该研究的独立评估中补充道：“一种在便携性、经济性和准确性方面类似血糖仪的互联解决方案，能在正确时间测量药物浓度并将结果直接传输给医疗团队，将确保患者获得最大化康复机会的最佳剂量。”
作为生物工程与生物纳米技术加拿大研究主席，瓦莱-贝利斯尔多年来一直探索生物系统如何实时监测周围环境中分子的浓度。该新技术的突破源于对细胞如何检测和量化周围分子浓度的观察。
研究第一作者、蒙特利尔大学博士后研究员朱桂池（Guichi Zhu）解释道：“细胞已开发出由生物分子构成的纳米级‘信号级联’，这些生物分子被编程为相互作用，以在特定外部刺激或分子达到特定量时激活特定细胞活动。受自然界信号系统模块化特性及其易于进化以检测新分子靶标的启发，我们开发了类似的基于DNA的信号级联，可通过生成易于测量的电化学信号来检测和量化特定分子。”
这些传感器的检测原理十分直接：待监测的分子靶标或药物可与特定DNA分子（称为适配体）相互作用。当适配体DNA与分子靶标结合后，便无法再抑制另一种电活性DNA，后者得以到达电极表面并产生电化学电流，可通过廉价读取器轻松检测。
瓦莱-贝利斯尔表示：“这些基于DNA的电化学检测的一大优势在于，其检测原理可推广至多种不同靶标，使我们能够构建廉价设备，可在医生办公室甚至家中五分钟内检测多种不同分子。”其团队通过检测四种不同分子验证了这一新机制。
活体小鼠测试
为展示这一新型信号机制如何转化为易于使用的家庭检测工具以帮助患者监测和优化化学治疗，作者还在活体小鼠中演示了抗疟药物的实时监测。目前用于此类检测的金标准测试通常需要数小时操作和昂贵仪器设备。
该新型信号机制产生的电流量变足以通过类似糖尿病患者家用血糖仪的廉价电子产品进行测量。参与该研究的另一位蒙特利尔大学博士后研究员巴尔-拉姆·阿迪卡里（Bal-Ram Adhikari）表示：“利用这种基于DNA的检测方法，我们已成功开发出针对多种血液分子的传感器，即使其浓度有时比葡萄糖低10万倍也能检测。”
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