蒙特利尔大学的化学家们开发出由DNA分子构成的“信号级联”技术，可在5分钟内报告并量化一滴血中多种分子的浓度。他们的发现已在小鼠实验中得到验证，并于今日发表在《美国化学会志》上，有望助力开发用于监测和优化各种疾病治疗的床旁检测设备。
这项突破由蒙特利尔大学化学教授亚历克西斯·瓦莱-贝利斯尔领导的研究团队实现。他表示：“成功治疗多种疾病的关键因素之一是在整个治疗过程中提供并维持适当的药物剂量。治疗暴露不足会降低疗效并通常导致药物耐药性，而药物过量则会增加副作用。”
然而，在现代医学中维持血液中的正确药物浓度仍是一大挑战。由于每位患者的药代动力学特征各不相同，其血液中的药物浓度差异显著。例如在化疗中，许多癌症患者无法获得最佳药物剂量，而目前几乎没有足够快速的检测方法能及时发现这一问题。
蒙特利尔大学附属梅松纳夫-罗蒙医院的临床生物化学家、国际临床化学与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·德吉尔表示：“操作简便的检测方法可使药物治疗监测更普及，并推动个性化治疗的发展。”
德吉尔在对该研究的独立评估中指出：“一种类似血糖仪的便携式、经济实惠且精准的联网解决方案，能在恰当时机测量药物浓度并将结果直接传输给医疗团队，可确保患者获得最大化康复几率的最佳剂量。”
研发过程
持有加拿大生物工程与生物纳米技术研究讲席的瓦莱-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的分子浓度。这项新技术的突破源于对细胞如何检测并量化周围分子浓度的观察。
该研究的第一作者、蒙特利尔大学博士后研究员朱桂池表示：“细胞已进化出由生物分子构成的纳米级‘信号级联’，这些分子被编程为相互作用，从而在特定外部刺激或分子存在时激活特定细胞活动。”
她补充道：“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目标的启发，我们开发了类似的DNA基信号级联，可通过产生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：待监测的分子目标或药物（图中绿色所示）可与一种称为适配体的特定DNA分子（黄色分子）相互作用。当该“适配体”DNA与分子目标结合后，便无法再抑制另一种电活性DNA（红色DNA），后者随后可到达电极表面并产生电化学电流，使用廉价读取器即可轻松检测。
瓦莱-贝利斯尔表示：“这类DNA基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目标，使我们能够构建低成本设备，在医生办公室甚至家中5分钟内检测多种不同分子。”他的团队通过检测四种不同分子验证了这一新机制。
小鼠实验
为展示该新型信号机制如何转化为简便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实时监测了一种抗疟药物。目前用于此目的的黄金标准检测通常需要数小时操作流程和昂贵的仪器设备。
该新型信号机制产生的电流量变化足以使用类似于糖尿病患者家用血糖仪的廉价电子设备进行测量。
参与本研究的另一位蒙特利尔大学博士后研究员巴尔-拉姆·阿迪卡里表示：“借助这种DNA基检测方法，我们已能开发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。”
蒙特利尔公司阿纳斯已获得该发明的专利授权，以加速其商业化进程。
关于本研究
亚历克西斯·瓦莱-贝利斯尔等人撰写的《分子检测的动力学编程信号级联》于2025年10月16日发表在《美国化学会志》上。
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