Исследователи разрабатывают новый электрохимический биосенсор для прогнозирования рака

Важные новости

Исследователи разрабатывают новые электрохимический биосенсор для прогнозирования рака

Ожидается, что новый электрохимический биосенсор для обнаружения ADAR1 в клетках будет полезен для прогнозирования рака. Фото: 2024 г. Бияни и др.

Исследователи из Института нано-биологических наук (WPI-NanoLSI) Университета Канадзавы сообщают в книге Биосенсоры и биоэлектроника: X о новом подходе к обнаружению конкретной биомолекулы, связанной с несколькими заболеваниями. Результаты показывают хорошую чувствительность и избирательность и могут привести к разработке недорогого устройства быстрого обнаружения, полезного для прогнозирования рака.

Заболевания человека часто являются результатом неправильной транскрипции ДНК. Транскрипция означает копирование частей молекулы ДНК — «генетического кода» — в молекулу РНК, что, в свою очередь, необходимо для преобразования закодированной информации в белки. Последние играют решающую роль в различных биохимических процессах, происходящих в организме человека.

Одним из механизмов модификации транскрипции является редактирование аденозина в инозин, при котором аденозин (один из четырех строительных блоков РНК) химически модифицируется, что приводит к изменению молекулы РНК. Этот тип модификации облегчается каталитическими белками, называемыми ADAR (аденозиндезаминазы, действующие на РНК).

У людей были выявлены три таких ADAR. Было обнаружено, что один из них, ADAR1, более распространен при наличии нескольких видов хронических заболеваний, включая неврологические расстройства и рак. Поэтому ADAR1 считается биомаркером — «сигнатурной молекулой» — для оценки состояния пациента и шансов на выживание.

Мадху Бияни из Университета Канадзавы и его коллеги разработали новый электрохимический биосенсор для обнаружения ADAR1, предлагающий недорогой и быстрый инструмент для измерения концентрации ADAR1 в клетках. Ожидается, что детектор будет полезен для мониторинга прогрессирования рака.

Процедура, представленная Бияни и его коллегами, является новой по двум причинам. Во-первых, он использует недавно идентифицированные аптамеры в качестве молекул, которые могут распознавать и захватывать ADAR1. Аптамеры — это молекулы, состоящие из последовательностей (синтетических) ДНК, РНК или других биомолекул, которые связываются с определенной молекулой-мишенью, в данном случае ADAR1. Вторая новинка заключается в использовании развертываемого в полевых условиях электрохимического датчика DEPSOR (BioSeeds Corp.), преимущества которого, помимо скорости и дешевизны, заключаются в том, что требуются только небольшие образцы.

Чтобы найти оптимальный аптамер, то есть тот, который химически легче всего связывается с ADAR1, исследователи проверили большой набор последовательностей ДНК и сузили его до 15 аптамеров-кандидатов. Затем каждый из этих кандидатов был протестирован на электрохимической сенсорной платформе: количество ADAR1 «ощущается» посредством химических реакций, в результате которых возникает электрический ток. Последнее можно легко обнаружить. Чем больше ADAR1 в образце, тем выше измеренный ток.

Кандидатный аптамер, вызывающий самый высокий электрохимический ток, названный Apt38483, затем был проверен дальше. Его электрохимический ответ на «ложные» белки был очень низким, что подтверждало, что он является оптимальным аптамером как с точки зрения чувствительности, так и с точки зрения селективности.

Затем ученые протестировали прототип устройства на основе Apt38483 на разбавленных образцах клеток. Они обнаружили, что даже в образце, разбавленном в 625 раз, ADAR1 все еще можно обнаружить, что подчеркивает высокую чувствительность устройства.

Электрохимический биосенсор, разработанный Бияни и его коллегами для обнаружения ADAR1 в образцах клеток, является многообещающей платформой для мониторинга прогрессирования рака в клинических образцах. Ученые заявили: «В будущем будет многообещающе оценить систему для выявления низких и высоких уровней экспрессии ADAR1 в образце линии раковых клеток для клинического прогноза».

Предпосылка: электрохимические биосенсоры

Электрохимические биосенсоры — это устройства, которые преобразуют биологическую информацию, например, о присутствии определенной молекулы (называемой аналитом), в измеримый сигнал. По сути, биосенсоры состоят из биорецептора, интерфейса и преобразовательного элемента. Биорецептор связывается с аналитом на границе раздела, в результате чего датчик улавливает и преобразует сигнал в электрический сигнал.

Электрический сигнал обрабатывается с помощью компьютера; например, сигнал можно преобразовать в показания концентрации аналита. Электрохимические биосенсоры обычно надежны, недороги и их легко миниатюризировать.

Мадху Бияни из Университета Канадзавы и его коллеги разработали электрохимический биосенсор для обнаружения ADAR1, фермента, редактирующего РНК, связанного с прогрессированием рака. Они определили конкретную биомолекулу как оптимальный биорецептор, продемонстрировав хорошую чувствительность и селективность к ADAR1. Ожидается, что разработанное устройство будет полезно для мониторинга прогрессирования рака.

Дополнительная информация: Мадху Бияни и др., Новый сэндвич-электрохимический датчик аптамер-антитела для обнаружение ADAR1 в сложных биологических образцах, Биосенсоры и биоэлектроника: X (2024). DOI: 10.1016/j.biosx.2024.100491

Предоставлено Институтом нано-биологических наук (NanoLSI), Университет Канадзавы

Новости сегодня

Последние новости