DNAシグナル伝達カスケードは、自宅で薬物療法をモニタリングするより良い方法を提供する

モントリオール大学の化学者らは、血液一滴中のさまざまな分子の濃度を5分以内に報告および定量する、DNA分子で作られた「シグナル伝達カスケード」を開発した。

マウスの実験によって検証された彼らの発見は、 アメリカ化学会誌、そしてさまざまな病気の治療を監視し最適化するためのポイントオブケアデバイスを構築する取り組みを支援する可能性があります。

この成果は、UdeM 化学教授 Alexis Vallée-Bélisle 率いる研究グループによって達成されました。

「さまざまな病気の治療を成功させるための重要な要素の1つは、治療全体を通して治療薬の用量を提供し、維持することです」と同氏は述べた。 「最適以下の治療曝露は効率を低下させ、通常は薬剤耐性につながりますが、過剰曝露は副作用を増加させます。」

しかし、血液中の薬物の適切な濃度を維持することは、現代医学における大きな課題のままです。各患者は異なる薬物動態プロファイルを持っているため、血中の薬物濃度は大きく異なります。たとえば、化学療法では、多くのがん患者が最適な用量の薬剤を投与されておらず、現在、この問題を検出できるほど迅速な検査はほとんどまたはまったくありません。

UdeM提携メゾンヌーヴ・ローズモント病院の臨床生化学者であり、国際臨床化学・臨床検査医学連盟の検査ミスと患者の安全に関する作業部会の議長であるヴァンサン・デ・ガイア氏は、「検査が簡単に実施できるようになれば、治療薬のモニタリングがより広く利用可能になり、より個別化された治療が可能になる可能性がある」と述べた。

「携帯性、手頃な価格、精度の点で血糖計に似た接続ソリューションは、適切なタイミングで薬物濃度を測定し、その結果を医療チームに直接送信することで、患者が回復の可能性を最大化する最適な用量を確実に投与できるようになるだろう」とDe Guire氏は独立した研究評価で述べた。

生物工学およびバイオナノテクノロジーのカナダ研究委員長の保持者であるヴァレ・ベリル氏は、生物学的システムが周囲の分子の濃度をリアルタイムでどのように監視するかを長年研究してきました。

この新しい技術の画期的な進歩は、細胞が周囲の分子の濃度をどのように検出し定量化するかを観察することによってもたらされました。

「細胞は、特定量の外部刺激や分子の存在下で相互作用して特定の細胞活動を活性化するようにプログラムされた生体分子で構成されるナノスケールの『シグナル伝達カスケード』を発達させた」と、この研究の筆頭著者でUdeM博士研究員のGuichi Zhu氏は述べた。

「自然のシグナル伝達システムのモジュール性と、それらが新しい分子標的を検出するために容易に進化できることにインスピレーションを得て、私たちは、簡単に測定可能な電気化学シグナルの生成を介して特定の分子を検出および定量できる、同様のDNAベースのシグナル伝達カスケードを開発しました」と彼女は述べた。

これらのセンサーの感知原理は単純です。監視対象の分子標的または薬物は、アプタマーと呼ばれる特定の DNA 分子と相互作用することができます。分子標的に結合すると、このアプタマー DNA は別の電気活性 DNA を阻害できなくなり、その後、電極の表面に到達して、安価なリーダーで簡単に検出できる電気化学電流を生成します。

「これらの DNA ベースの電気化学検査の大きな利点は、その感知原理が多くの異なるターゲットにも一般化できることであり、診療所や家庭でも 5 分以内に多くの異なる分子を検出できる安価な装置を構築できることです。」とヴァレ・ベリル氏は述べ、そのチームはその時間内に 4 つの異なる分子を検出することで新しいメカニズムを検証しました。

マウスでテスト済み

この新しいシグナル伝達メカニズムを使いやすい家庭用検査にどのように適応させて、患者の化学療法のモニタリングと最適化を支援できるかを説明するために、著者らは生きたマウスでの抗マラリア薬のリアルタイムモニタリングも実証した。そのために採用されている現在のゴールドスタンダードテストでは、通常、何時間もの手順と高価な機器の設定が必要です。

この新しい信号伝達メカニズムは、糖尿病患者が血糖値をチェックするために使用する家庭用血糖計と同様の安価な電子機器を使用して測定できる十分な電流変化を生成します。

「この DNA ベースのアッセイを使用することで、たとえその濃度がグルコースの 100,000 分の 1 未満であったとしても、複数の血液分子のセンサーを開発することができました」と、この研究に参加したもう 1 人の UdeM 博士研究員 Bal-Ram Adhikari 氏は述べています。