蒙特利尔大学的化学家们开发出一种由DNA分子构成的"信号级联"系统，能够在5分钟内报告并量化一滴血液中各种分子的浓度。他们的研究成果已在小鼠实验中得到验证，并于今日发表在《美国化学学会杂志》上，有望助力构建即时检测设备，用于监测和优化多种疾病的治疗过程。
这一突破是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的。他表示："成功治疗各种疾病的關鍵因素之一是在整个治疗过程中提供并维持适当的治疗药物剂量。次优的治疗暴露会降低疗效，通常导致药物耐药性，而过度暴露则会增加副作用。"
然而，在现代医学中，维持血液中药物的适当浓度仍是一个主要挑战。由于每位患者都有独特的药代动力学特征，他们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测试能够发现这一问题。
蒙特利尔大学附属梅松纳夫-罗斯蒙特医院的临床生物化学家、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·德吉尔表示："易于操作的测试可以使治疗药物监测更加普及，并实现更个性化的治疗。"
德吉尔在对该研究的独立评估中表示："一种与血糖仪在便携性、经济性和准确性方面相似的连接式解决方案，能够在适当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。"
如何实现
持有加拿大生物工程与生物纳米技术研究主席的瓦莱-贝利斯尔多年来一直在探索生物系统如何实时监测周围环境中分子的浓度。
这项新技术的突破来自于观察细胞如何检测和量化周围环境中分子的浓度。
该研究的第一作者、蒙特利尔大学博士后研究员朱贵池表示："细胞已经开发出由生物分子构成的纳米级'信号级联'，这些级联被编程为相互作用，以便在特定量的外部刺激或分子存在时激活特定的细胞活动。"
她补充道："受自然界信号系统模块化以及它们能够轻松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，可以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很简单：要监测的分子靶标或药物（如上图中绿色所示）可以与一种称为适配体的特定DNA分子（黄色分子）相互作用。当与分子靶标结合时，这种"适配体"DNA不再抑制另一种电活性DNA（红色DNA），后者随后可以到达电极表面并产生电化学电流，通过廉价的读取器轻松检测。
瓦莱-贝利斯尔表示："这些基于DNA的电化学测试的一个巨大优势是，它们的检测原理也可以推广到许多不同的靶标，使我们能够构建廉价的设备，可以在医生办公室甚至家中五分钟内检测许多不同的分子。"他的团队通过在该时间内检测四种不同分子验证了他们的新机制。
在小鼠上测试
为了说明这种新型信号机制如何能够被改编成易于使用的家庭测试，以帮助患者监测和优化他们的化学治疗，作者还在活体小鼠中演示了抗疟药物的实时监测。目前用于此目的的金标准测试通常需要数小时的程序和昂贵的仪器设置。
这种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用来检查血糖的家用血糖仪中的廉价电子设备进行测量。
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·阿迪卡里表示："使用这种基于DNA的检测方法，我们已经能够为多种血液分子开发传感器，即使它们的浓度有时比葡萄糖低10万倍。"
总部位于蒙特利尔的阿纳森斯公司已获得该发明的专利授权，以加速其商业化进程。
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