Исследователи разработали новый оптический датчик, который может обнаруживать дофамин непосредственно в образцах крови.
Это устройство, использующее синтетическую цепь ДНК, так называемый аптамер, с высокой точностью идентифицирует дофамин. Это делает его потенциальным инструментом для диагностики рака и неврологических расстройств.
Устройство недорогое и не требует подготовки проб, что особенно ценно в районах с ограниченными медицинскими ресурсами. Способность датчика обнаруживать дофамин может помочь в разработке диагностических инструментов и методов лечения таких состояний, как болезни Паркинсона, Альцгеймера и некоторые виды рака.
Дофамин — это нейромедиатор в нашем мозге, который не только регулирует наши эмоции, но и служит биомаркером для выявления некоторых видов рака и других неврологических заболеваний.
Исследователи из Университета Центральной Флориды (UCF) под руководством профессора Дебашиса Чанды (Debashis Chanda), который работает на факультете физики UCF и в Колледже оптики и фотоники (CREOL), разработали интегрированный оптический датчик, способный обнаруживать дофамин непосредственно в необработанном образце крови.
Этот датчик может служить недорогим и эффективным инструментом скрининга различных неврологических заболеваний и рака, что в конечном итоге обеспечит лучшие результаты для пациентов.
Исследование финансировалось Национальным научным фондом США и было опубликовано в журнале Science Advances.
«Этот плазмонный биосенсор чрезвычайно чувствителен к низким концентрациям биомолекул, что делает его многообещающей платформой для специализированных анализов и применения в местах оказания медицинской помощи в отдалённых местах», — говорит Чанда, главный исследователь исследования.
Нейротрансмиттеры играют жизненно важную роль в регулировании нервной функции и общего благополучия людей и животных. Для оптимального функционирования организма необходим гармоничный баланс неврологических гормонов, в том числе дофамина. Дофамин служит важнейшим передатчиком, так как он оказывает значительное влияние на когнитивные процессы, такие как двигательные функции, или эмоции, такие как счастье или удовольствие.
Нарушения уровня дофамина тесно связаны с различными нейродегенеративными расстройствами, такими как болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера, нарушениями нервно-психического развития, такими как синдром дефицита внимания и гиперактивности и синдром Туретта, а также психологическими расстройствами, такими как биполярное расстройство и шизофрения.
Отклонения от нормального уровня дофамина также могут служить важным диагностическим маркером определённых типов рака. Точное и надёжное измерение концентрации дофамина имеет первостепенное значение для продвижения фармацевтических исследований и медицинской терапии.
Как это работает
Плазмонный датчик состоит из крошечного золотого узора, который заставляет электроны двигаться вместе волнообразно. Эти волны, называемые плазмонами, становятся сильнее с помощью специальной оптической установки.
Когда новая молекула попадает в среду датчика, она меняет способ движения электронов, что влияет на отражение света от датчика. Это изменение отражения помогает обнаружить присутствие молекулы.
В отличие от традиционных биосенсоров, которые полагаются на биологические элементы, такие как антитела или ферменты, это устройство, разработанное UCF, использует специально разработанный аптамер — синтетическую цепь ДНК — для точного обнаружения дофамина. Такой подход не только делает датчик более экономичным и простым в хранении, но также позволяет устройству обнаруживать дофамин непосредственно в необработанной крови без какой-либо подготовки.
Этот прорыв может быть особенно ценным в регионах с ограниченными медицинскими ресурсами, поскольку он упрощает процесс обнаружения и открывает возможности для диагностики других состояний с использованием той же технологии.
Результаты исследования подчёркивают потенциал плазмонных «аптасенсоров», использующих аптамеры для определения чувствительности, для разработки быстрых и точных диагностических инструментов для мониторинга заболеваний, медицинской диагностики и таргетной терапии.
«Было проведено множество демонстраций плазмонных биосенсоров, но все они не смогли обнаружить соответствующий биомаркер непосредственно из необработанных биологических жидкостей, таких как кровь», — говорит Аритра Бисвас (Aritra Biswas), ведущий автор статьи.
Новое исследование основано на предыдущей работе команды по разработке детектора дофамина путём замены наночастиц оксида церия аптамерами на основе ДНК, что повышает селективность датчика и расширяет его возможности для обнаружения дофамина непосредственно в различных биологических образцах без необходимости предварительной подготовки образцов.
Это исследование может быть особенно полезно в развивающихся странах, где доступ к аналитическим лабораториям ограничен.
Литература
“Nanoplasmonic Aptasensor for Sensitive, Selective and Real-Time Detection of Dopamine from Unprocessed Whole Blood” by Debashis Chanda et al. Science Advances
