Drogové senzory DNA aptaméru dokážu okamžite odhaliť kokaín, heroín a fentanyl – dokonca aj v kombinácii s inými drogami

Výskumníci zo Štátnej univerzity v Severnej Karolíne vyvinuli novú generáciu vysokovýkonných DNA aptamérov a vysoko presných drogových senzorov pre kokaín a iné opiáty. Senzory sú špecifické pre drogy a dokážu zistiť stopové množstvá fentanylu, heroínu a kokaínu – aj keď sú tieto drogy zmiešané s inými drogami alebo s reznými látkami a prímesami, ako je kofeín, cukor alebo prokaín. Senzory by mohli mať ďalekosiahle výhody pre zdravotníckych pracovníkov a orgány činné v trestnom konaní.

„Táto práca môže poskytnúť potrebné aktualizácie aktuálne používaných testov v oblasti zdravotnej starostlivosti aj v oblasti presadzovania práva,“ hovorí Yi Xiao, docent chémie v štáte NC a zodpovedajúci autor dvoch štúdií popisujúcich prácu.

„Napríklad testovanie drog v teréne, ktoré v súčasnosti používajú orgány činné v trestnom konaní, sa stále spolieha na chemické testy vyvinuté pred storočím, ktoré sú málo špecifické, čo znamená, že reagujú na zlúčeniny, ktoré nemusia byť liekom, ktorý hľadajú,“ hovorí Xiao.

„A existujúce aptamér test na kokaín nie je dostatočne citlivý a špecifický na zistenie klinicky relevantných množstiev drogy v biologických vzorkách, ako je krv. Senzory, ktoré sme vyvinuli, dokážu detegovať kokaín v krvi skôr na nanomolárnych než mikromolárnych úrovniach, čo predstavuje 1000-násobné zlepšenie citlivosti.“

V dvojici štúdií objavujúcich sa v Journal of the American Chemical Society (JACKY) a JACS AuXiao viedol tím, ktorý vyvinul senzory na báze aptamérov pre kokaín, heroín, kodeín, fentanyl a iné nelegálne drogy.

Aptamér je krátky jednovláknový reťazec DNA alebo RNA, ktorý sa bude viazať na špecifickú molekulu s vysokou afinitou, čo znamená, že sa nebude viazať na iné molekuly, než je tá, o ktorú je záujem. Výskumníci začali hľadanie pridaním požadovanej molekuly – napríklad kokaínu – do zmesi stoviek biliónov randomizovaných sekvencií DNA. Potom vidia, ktorý aptamér sa viaže na molekulu.

„Tento proces označujeme ako „bio-ryžovanie“, pretože je to podobné ako preosievanie cez riečny sediment s cieľom nájsť zlato,“ hovorí Obtin Alkhamis, postgraduálny študent NC State a spoluautor oboch článkov. „Keď oddelíme reťazce viazané na cieľ od neviazaných reťazcov, dôsledne testujeme tento aptamér proti iným interferujúcim zlúčeninám, aby sme sa uistili, že je špecifický iba pre požadovanú zlúčeninu.“

Vedci potom testovali aptaméry špecifické pre zlúčeniny proti farmaceutickým zmesiam, tabletám a krvi, aby zistili, či dokážu vo vzorkách identifikovať určité lieky.

Xiaov tím použil kokaínový aptamér na detekciu kokaínu krvné sérum pri hladinách 10 nanomolov (ekvivalent 30 nanogramov na mililiter alebo 30 častí na miliardu), 1000-násobné zlepšenie v porovnaní s najlepším predchádzajúcim testom aptaméru, ktorý dokáže detekovať iba 10 mikromolov kokaínu v 50% sére.

Okrem toho boli spolupracovníci z Kalifornskej univerzity v Santa Barbare schopní začleniť aptamér do elektródy, ktorá by mohla merať koncentráciu liečiva in situ v krvi (v žile) potkanov v reálnom čase každých 10 sekúnd počas dvojhodinového časového obdobia. Toto je prvá štúdia schopná merať farmakológiu zneužívanej drogy s časovým rozlíšením meraným v sekundách.

Opioidné špecifické aptaméry boli začlenené do kolorimetrických testov, ktoré môžu špecificky detegovať opioidy, ako je heroín a oxykodón v roztoku v hladinách tak nízkych, ako je 0, 5 mikromol (μM). Kolorimetrický test je test, ktorý mení farbu, keď sa deteguje požadovaná zlúčenina. Tieto testy boli tiež schopné detegovať opioidy v zložitých chemických matriciach v priebehu niekoľkých sekúnd – vrátane farmaceutických tabliet a zmesí liekov.

Pre porovnanie, „markízsky test“, štandardný test používaný orgánmi činnými v trestnom konaní a forenznými laboratóriami, nedokázal odhaliť opioidy v chemických zmesiach.

Výskumníci sa domnievajú, že tieto aptamérové ​​senzory majú užitočné aplikácie pre zdravie a verejnú bezpečnosť.

„Aptaméry môžu byť vyrábané hromadne, majú dlhú trvanlivosť a sú ľahko chemicky modifikované, čo znamená, že môžu byť použité pre akýkoľvek typ senzora, ktorý vyvíjate,“ hovorí Xiao. „Mohli by sa teda začleniť do testovacích prúžkov pre dôstojníkov v teréne, na použitie doma alebo pre ľudských pacientov v…