Εφαρμογές Aptamer στη Νευροεπιστήμη Μέρος 1

Περίληψη:

Όντας η κυρίαρχη αιτία αναπηρίας, οι νευρολογικές παθήσεις έχουν λάβει μεγάλη προσοχή από την παγκόσμια κοινότητα υγείας.

Το νευρικό σύστημα είναι ένα σημαντικό μέρος του ανθρώπινου σώματος. Είναι υπεύθυνο για την ανθρώπινη αντίληψη, σκέψη, κίνηση, ψυχολογία και συναίσθημα. Ωστόσο, μερικοί άνθρωποι μπορεί να έχουν νευρολογικά προβλήματα που επηρεάζουν τη μνήμη τους. Οι ασθένειες του νευρικού συστήματος αναφέρονται σε παθολογικές αλλαγές στο κεντρικό νευρικό σύστημα και στο περιφερικό νευρικό σύστημα, όπως το εγκεφαλικό επεισόδιο, η νόσος του Πάρκινσον, η νόσος του Αλτσχάιμερ κ.λπ. Αυτές οι ασθένειες θα επηρεάσουν τη μνήμη, αλλά όλοι μπορούμε να τις ξεπεράσουμε με ενεργές μεθόδους. Βελτιώστε το.

Το πρώτο είναι ένα εγκεφαλικό. Σύμφωνα με στατιστικές, εκατομμύρια άνθρωποι πλήττονται από εγκεφαλικό κάθε χρόνο και ένα από τα πιο κοινά συμπτώματα είναι η απώλεια μνήμης. Το εγκεφαλικό είναι πολύ επιζήμιο για το σώμα, επειδή επηρεάζει τα μέρη του εγκεφάλου που παρέχουν οξυγόνο και αίμα. Ωστόσο, μπορούμε να αποτρέψουμε τα εγκεφαλικά κάνοντας άσκηση και αλλάζοντας τις διατροφικές μας συνήθειες. Για παράδειγμα, η σωστή άσκηση, η διατήρηση ενός φυσιολογικού βάρους και η υγιεινή διατροφή μπορούν να μειώσουν αποτελεσματικά τον κίνδυνο εγκεφαλικού και έτσι να διατηρήσουν καλύτερη μνήμη.

Ακολουθεί η νόσος του Πάρκινσον. Αυτή είναι μια ασθένεια κινητικής διαταραχής που προκαλείται από τον θάνατο νευρώνων. Εκτός από την κίνηση, η νόσος του Πάρκινσον μπορεί επίσης να επηρεάσει τη μνήμη. Μελέτες δείχνουν ότι οι περισσότεροι ασθενείς αναπτύσσουν γνωστική εξασθένηση, συμπεριλαμβανομένης της απώλειας μνήμης. Ωστόσο, οι ασθενείς μπορούν να λάβουν διάφορα μέτρα για να καθυστερήσουν την εξέλιξη της νόσου, όπως να λαμβάνουν τακτική επαγγελματική θεραπεία και εκπαίδευση αποκατάστασης. Η κατοχή χόμπι όπως η ακρόαση μουσικής, η ανάγνωση και η εκμάθηση νέων δεξιοτήτων μπορεί επίσης να είναι ευεργετική για τη χαλάρωση του εγκεφάλου και τη βοήθεια της ανάκτησης της μνήμης.

Τέλος, υπάρχει η νόσος Αλτσχάιμερ. Είναι μια ασθένεια που προκαλεί γνωστική εξασθένηση, με την απώλεια μνήμης να είναι ένα από τα πιο εμφανή και κοινά συμπτώματα. Ωστόσο, η νόσος του Αλτσχάιμερ είναι επίσης μια ασθένεια που μπορεί να διαγραφεί. Η έρευνα δείχνει ότι η άσκηση, η υγιεινή διατροφή, η εκμάθηση νέων δεξιοτήτων και ο εθελοντισμός μπορούν να βοηθήσουν στην επιβράδυνση της εξέλιξης της νόσου και στη βελτίωση της μνήμης.

Θα πρέπει πάντα να κρατάμε θετική στάση και να παίρνουμε ενεργές μεθόδους για την πρόληψη και τη θεραπεία νευρολογικών παθήσεων για τη βελτίωση της μνήμης μας. Ακόμα κι αν επηρεαζόμαστε, μπορούμε να λάβουμε διάφορα μέτρα για να βελτιώσουμε την αντοχή και την ικανότητά μας να καταπολεμήσουμε την ασθένεια. Όσο επιμένουμε, θα βρούμε έναν καλύτερο, πιο υγιεινό δρόμο για την πρόληψη και τη θεραπεία της απώλειας μνήμης. Μπορεί να φανεί ότι πρέπει να βελτιώσουμε τη μνήμη και το Cistanche deserticola μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη μνήμη, επειδή το Cistanche deserticola είναι ένα παραδοσιακό κινέζικο φαρμακευτικό υλικό που έχει πολλά μοναδικά αποτελέσματα, ένα από τα οποία είναι η βελτίωση της μνήμης. Η αποτελεσματικότητα του Cistanche deserticola προέρχεται από τα πολλαπλά ενεργά συστατικά που περιέχει, όπως ταννικό οξύ, πολυσακχαρίτες, φλαβονοειδή γλυκοσίδες κ.λπ. Αυτά τα συστατικά μπορούν να προάγουν την υγεία του εγκεφάλου μέσω ποικίλων οδών.

Κάντε κλικ στο Γνωρίζω για να βελτιώσετε τη βραχυπρόθεσμη μνήμη

Πάνω από ένα δισεκατομμύριο άνθρωποι υποφέρουν από μία από τις ακόλουθες νευρολογικές διαταραχές: άνοια, επιληψία, εγκεφαλικό επεισόδιο, ημικρανία, μηνιγγίτιδα, νόσο του Αλτσχάιμερ, νόσο του Πάρκινσον, σκλήρυνση κατά πλάκας, αμυοτροφική πλάγια σκλήρυνση, νόσο του Χάντινγκτον, πριονόσος ή όγκοι του εγκεφάλου. Οι επιλογές διάγνωσης και θεραπείας είναι περιορισμένες για πολλές από αυτές τις ασθένειες.

Τα απταμερή, όντας μικρά και μη ανοσογόνα μόρια νουκλεϊκού οξέος που είναι εύκολο να τροποποιηθούν χημικά, προσφέρουν πιθανές διαγνωστικές και θεραπευτικές εφαρμογές για την κάλυψη αυτών των αναγκών.

Αυτή η ανασκόπηση καλύπτει πρωτοποριακές μελέτες στην εφαρμογή απταμερών, οι οποίες υπόσχονται μελλοντικές διαγνώσεις και θεραπείες νευρολογικών διαταραχών που θέτουν όλο και πιο τρομερές προκλήσεις για την υγεία σε όλο τον κόσμο.

Λέξεις-κλειδιά: απταμερές; νευροεπιστήμη? νευρολογικές παθήσεις? νευρολογικές διαταραχές? νευροτοξίνες? Καρκίνος.

1. Εισαγωγή

Τα απταμερή είναι μονόκλωνα μόρια DNA, RNA ή συνθετικών XNA που μπορούν να αναδιπλωθούν σε μοναδικές τρισδιάστατες (3D) δομές με τις οποίες δεσμεύουν τα μόρια-στόχους τους με υψηλή ειδικότητα και συγγένεια [1,2].

Μια προσέγγιση για την επιλογή απταμερών επιτεύχθηκε το 1990 από τρεις ξεχωριστές ομάδες [3-5]. Η μέθοδος είναι τώρα γνωστή ως Systematic Evolutionof Ligands by Exponential Enrichment (SELEX). Έκτοτε, πολλά απταμερή έχουν επιλεγεί για χρήση σε τομείς της βασικής επιστήμης και ένας αυξανόμενος αριθμός απταμερών είναι υπανάπτυκτη για εφαρμογές στη θεραπεία, τη διάγνωση και την απεικόνιση [6-10].

Η μέθοδος SELEX προσομοιώνει τη δαρβινική εξέλιξη in vitro. Περιλαμβάνει πολλούς γύρους επιλογής και, μετά από κάθε γύρο, πραγματοποιείται εκθετική ενίσχυση των «καταλληλότερων» ολιγονουκλεοτιδίων (ολιγονουκλεοτιδίων).

Ένας γύρος παραδοσιακού SELEX περιλαμβάνει τρία βήματα με τη σειρά (1) επώαση του επιθυμητού μορίου στόχου με μια δεξαμενή ολίγο με μια κεντρική περιοχή 20-60 νουκλεοτιδίων τυχαιοποιημένης αλληλουχίας που περιβάλλεται από τερματικές περιοχές σταθερής αλληλουχίας που θα αποτελέσουν πρότυπα για μεταγενέστερες αλυσιδωτές αντιδράσεις πολυμεράσης (PCRs ), (2) συλλαμβάνουν τα ολιγονουκλεοτίδια στη δεξαμενή που δεσμεύουν επιτυχώς τον στόχο και (3) ενισχύουν τα συλλαμβανόμενα ολίγο είτε με PCR είτε με αντίστροφη μεταγραφή-PCR (rt-PCR), ανάλογα με τον τύπο του ολίγο, DNA ή RNA αντίστοιχα.

Περιλαμβάνονται επίσης γύροι αντι-επιλογής, στους οποίους η δεξαμενή νουκλεϊκού οξέος περνά πάνω από μια κενή υποστηρικτική μήτρα, χωρίς τον επιθυμητό στόχο ή πάνω από τη μήτρα υποστήριξης με ένα ή περισσότερα άλλα μόρια που ενδέχεται να σχετίζονται δομικά με το μόριο στόχο.

Στην αντιεπιλογή, τα ολιγομελή που δεν δεσμεύουν τη μήτρα υποστήριξης ή τα δομικά σχετικά μόρια συλλαμβάνονται και συνεχίζονται με περισσότερους γύρους SELEX.

Η αντιεπιλογή πραγματοποιείται για πολλούς σκοπούς, όπως για την εξάλειψη ολιγογονιδίων που αλληλεπιδρούν με (1) τη μήτρα υποστήριξης, (2) ανάλογα ή μόρια που σχετίζονται δομικά με τον στόχο ή (3) μόρια που υπάρχουν σε υψηλές συγκεντρώσεις στη βιολογική μήτρα (όπως ορός ή εκχύλισμα ιστού) στο οποίο θα λειτουργεί το επιλεγμένο απταμερές.

Ο κύριος στόχος της αντιεπιλογής είναι η αύξηση της εξειδίκευσης του απταμερούς για τον επιθυμητό στόχο σε σχέση με άλλους πιθανούς μοριακούς ανταγωνιστές. Εκτός από το συμβατικό SELEX, το SELEX που αναπτύχθηκε πρόσφατα γίνεται δημοφιλές [11–13].

Σε αυτή την προσέγγιση, τα ολίγο απαιτείται να αλλάξουν τις δομές τους όταν αλληλεπιδρούν με τον στόχο, για να διαχωριστούν από μια συμπληρωματική αλληλουχία σύλληψης. Αυτό διασφαλίζει ότι τα επιλεγμένα απταμερή αλλάζουν σε δομή κατά τη δέσμευση του συνδέτη. Άλλες εναλλακτικές μέθοδοι SELEX έχουν αναπτυχθεί, συμπεριλαμβανομένων των CE-SELEX, Cell-SELEX και in-vivo SELEX, όπως συνοψίζονται στον Πίνακα 1.

Είναι πολύ πιθανό να συνδυαστούν διαφορετικές διαδικασίες SELEX για να αναπτυχθούν ακόμη πιο περίπλοκες τεχνικές. Μετά την επιλογή των απταμερών από τη SELEX, τροποποιούνται περαιτέρω για να βελτιωθούν οι ιδιαιτερότητες και οι συγγένειές τους με διάφορες προσεγγίσεις που, συνολικά, μπορούν να χαρακτηριστούν ως ωρίμανση.

Υπάρχουν πολλές σκέψεις κατά την επιλογή και την ωρίμανση των απταμερών. Πρώτον, οι δομές των απταμερών και οι αλληλεπιδράσεις απταμερούς-στόχου επηρεάζονται από τη θερμοκρασία και τα ρυθμιστικά συστατικά, συμπεριλαμβανομένων των ιόντων, της ιοντικής ισχύος και του pH.

Έτσι, ένα από τα πιο σημαντικά σημεία στο σχεδιασμό SELEX είναι η μίμηση του περιβάλλοντος (βιολογική μήτρα ή σύνθεση άλατος/ρυθμιστικού διαλύματος) κατά την επιλογή στην οποία βρίσκεται ο μοριακός στόχος απταμερούς και θα συμβεί η αλληλεπίδραση μεταξύ απταμερούς και στόχου.

Η επιλογή κατάλληλων ρυθμιστικών συνθέσεων και θερμοκρασιών επώασης θα εξασφαλίσει τη βέλτιστη απόδοση των επιλεγμένων απταμερών υπό τις συνθήκες στις οποίες θα εφαρμοστούν [4,30-32].

Δεύτερον, η σταθερότητα του απταμερούς μπορεί να χρειαστεί να βελτιωθεί, καθώς τα απταμερή DNA και RNA είναι πιθανοί στόχοι για επιθέσεις πυρηνικών ασθενειών. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για το RNA, λόγω της ομάδας 20OH, η οποία χρησιμοποιείται από τις ριβονουκλεάσες σε μια ηλεκτροφιλική προσβολή του φωσφορικού άλατος του σκελετού του νουκλεϊκού οξέος για υδρόλυση.

Έτσι, το RNA είναι πιο ασταθές σε υψηλές θερμοκρασίες και pH από το DNA. Το απταμερές μπορεί να ωριμάσει με χημικές τροποποιήσεις μετά την επιλογή για να ξεπεραστεί αυτή η ευαισθησία. Ωστόσο, τέτοιες τροποποιήσεις μπορεί να έχουν ως αποτέλεσμα το απταμερές να χάσει την ειδικότητα και/ή τη συγγένεια.

Επομένως, είναι συνήθως καλύτερο να συμπεριληφθούν τροποποιημένα νουκλεοτίδια κατά τη διάρκεια του SELEX. Πολλές πιθανές τροποποιήσεις απταμερών παρατίθενται στον Πίνακα 2.

Τα απταμερή μπορούν να επιλεγούν που δεσμεύουν επιλεκτικά τους περισσότερους ιούς, κύτταρα, βακτήρια, πρωτεΐνες, τοξίνες και πεπτίδια με υψηλή συγγένεια [45-48]. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν πολλές φορές χωρίς αισθητή διακοπή της δραστηριότητας. Με άλλα λόγια, μπορούν να διαχωριστούν από τους στόχους τους για περαιτέρω χρήση.

Αντίθετα, τα αντισώματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο λίγες φορές πριν χάσουν τη λειτουργικότητά τους. Τα απταμερή νουκλεϊκών οξέων μπορούν επίσης να ωριμάσουν ώστε να είναι πιο σταθερά από τα αντισώματα και τα ένζυμα, ιδιαίτερα σε υψηλότερες θερμοκρασίες [2].

Επιπλέον, από τη στιγμή που είναι γνωστή αυτή η αλληλουχία ενός απταμερούς, η χημική σύνθεση και ο καθαρισμός του σε ομοιογένεια είναι εξαιρετικά αναπαραγώγιμες και φθηνές. Αυτές οι ιδιότητες δίνουν στα απταμερή τη δυνατότητα να υποκαταστήσουν τα αντισώματα ως συστατικά των μονάδων αίσθησης [49].

Η ευελιξία των δομών των απταμερών και η ικανότητά τους να "καλύπτουν" περιοχές μιας αλληλουχίας απταμερών με συμπληρωματικά ολιγο, παρέχει επιλογές για σηματοδότηση που επιτρέπουν την ενσωμάτωση απταμερών σε πλατφόρμες πολλών αισθητήρων, οι οποίες δεν προσαρμόζονται εύκολα σε αντισώματα. Αυτές οι ιδιότητες παρακινούν την ανάπτυξη βιοαισθητήρα που βασίζεται σε απταμερές [50-52].

Η ανάπτυξη νέων εργαλείων για τη διάγνωση είναι ένας από τους πιο σημαντικούς τομείς στο πεδίο του βιοαισθητήρα, με πολλούς ερευνητές να επιδιώκουν να δημιουργήσουν εύκολες, αποτελεσματικές και φθηνότερες μεθόδους για την επίτευξη έγκαιρης διάγνωσης και ιατρικής ακριβείας.

Η συμπερίληψη των απταμερών στους βιοαισθητήρες (που ονομάζονται «απτααισθητήρες») ξεκίνησε τη δεκαετία του 1990.

Ένα πρώιμο παράδειγμα απταμερών ως στοιχείων βιοαναγνώρισης είναι ένας οπτικός βιοαισθητήρας που χρησιμοποίησε επισημασμένο με φθορισμό απταμερή έναντι της ανθρώπινης ελαστάσης ουδετερόφιλων σε μια ομοιογενή ανάλυση [53].

Έκτοτε, έχουν αναφερθεί πολλοί τύποι σχεδίων απτααισθητήρων, οι περισσότεροι με απταμερή σε στερεά στηρίγματα και με ηλεκτροχημικά, οπτικά, μηχανικά και ακουστικά σήματα [45,54-56]. Μερικά παραδείγματα συζητούνται αργότερα σε αυτό το άρθρο.

Τα απταμερή έχουν επίσης εφαρμοστεί στη θεραπευτική. Τροποποιήσεις που έχουν ως αποτέλεσμα αυξημένο χρόνο ημιζωής και βελτιωμένη φαρμακοκινητική καθιστούν ορισμένα απταμερή καλές επιλογές για κλινική εφαρμογή. Σε σύγκριση με τα αντισώματα, τα απταμερή είναι πολύ λιγότερο ανοσογόνα και οι δράσεις τους μπορούν να ανασταλούν από αντίστροφα συμπληρωματικά ολιγονουκλεοτίδια (Munzar et al., 2019).

Αυτά τα σημαντικά χαρακτηριστικά συνιστούν τα απταμερή για ανάπτυξη ως θεραπευτικά. Το Macugen (pegaptanib sodium), το οποίο αναγνωρίζει επιλεκτικά τον αγγειακό ενδοθηλιακό αυξητικό παράγοντα (VEGF), ήταν το πρώτο απταμερές που εγκρίθηκε ως θεραπευτικός παράγοντας (Tobin, 2006).

Από τότε, αρκετά απταμερή έχουν φτάσει σε διαφορετικά στάδια κλινικών δοκιμών στις οποίες ελέγχονται για τη θεραπεία ιατρικών καταστάσεων όπως ο μικροκυτταρικός καρκίνος του πνεύμονα, η διαταραχή που σχετίζεται με τον παράγοντα von Willebrand, τα αγγειώματα και τα νεφρικά καρκινώματα [51,57-60].

Μια άλλη πιθανή θεραπευτική εφαρμογή των απταμερών περιλαμβάνει συστήματα χορήγησης [61,62]. Για να επιτευχθούν αποτελεσματικά αποτελέσματα σε αυτά τα συστήματα, τα απταμερή θα πρέπει να αναγνωρίζουν τις πρωτεΐνες της κυτταρικής επιφάνειας στις φυσικές τους μορφές.

Το Cell-SELEX αναπτύχθηκε για να επιλέγει πρωτεΐνες κυτταρικής επιφάνειας που είναι συχνά δύσκολο να καθαριστούν στις φυσικές τους μορφές [63]. Ένα απταμερές που αναγνωρίζει την επιφανειακή πρωτεΐνη του κυττάρου μπορεί να παρασύρει τον υποδοχέα για να εσωτερικεύσει ένα φορτίο συνδεδεμένο με το απταμερές. Με αυτή τη μέθοδο, μπορεί κανείς να επιλέξει απταμερή σε υποδοχείς που εκφράζονται κυρίως σε έναν μεμονωμένο κυτταρικό τύπο που μπορεί να στοχευτεί in vivo [57].

Για παράδειγμα, αναπτύχθηκαν απταμερή αντι-PSMA (ειδικό για τον προστάτη μεμβρανικό αντιγόνο) για την παροχή siRNA σε όγκους σε ποντίκια ή σε καλλιεργημένα κύτταρα [62,64-66].

Στη νευροεπιστήμη, η χρήση απταμερών ήταν, μέχρι στιγμής, περιορισμένη, αν και έχει ένα πολύ ευρύ φάσμα πιθανών εφαρμογών. Τα απταμερή έχουν αναφερθεί ως πιθανές επιλογές θεραπείας για νευροεκφυλιστικές ασθένειες που έχουν ως αποτέλεσμα την απώλεια της δομής και της λειτουργίας του κεντρικού νευρικού συστήματος (ΚΝΣ), συμπεριλαμβανομένης της νόσου του Αλτσχάιμερ (AD), της νόσου του Πάρκινσον (PD), της νόσου Creutzfeldt-Jakob, των ασθενειών των κινητικών νευρώνων και του Huntington. ασθένεια (HD) (Εικόνα 1). Επί του παρόντος, περίπου 50 εκατομμύρια άνθρωποι στον κόσμο αντιμετωπίζουν άνοια, για την οποία το παγκόσμιο κόστος υγειονομικής περίθαλψης πλησιάζει το ένα τρισεκατομμύριο δολάρια ΗΠΑ ετησίως.

Αυτό καθιστά την άνοια ένα από τα μεγαλύτερα ιατρικά και οικονομικά προβλήματα για την κοινωνία μας [67]. Επίσης, σύμφωνα με τα Ηνωμένα Έθνη και τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας, ο παγκόσμιος πληθυσμός άνω των 65 ετών εκτιμάται ότι θα διπλασιαστεί μέχρι το 2050.

Επομένως, οι εξαρτώμενες από την ηλικία νευροεκφυλιστικές ασθένειες θα απαιτήσουν αυξανόμενες δαπάνες για διάγνωση και θεραπεία [67].

Αυτές οι κρίσιμες απαιτήσεις για μεθόδους για τη διευκόλυνση της έγκαιρης διάγνωσης και τις νέες θεραπευτικές εφαρμογές θα μπορούσαν να καλυφθούν από τα απταμερή, τα οποία θα μπορούσαν επίσης να αποτελέσουν λύσεις για ορισμένες από τις υποκείμενες επιπλοκές [68,69].

Τα απταμερή αναπτύσσονται για εφαρμογές σε τεχνολογίες απεικόνισης εγκεφάλου (MRI, PET, κ.λπ.), οπτικοποίηση νευροδιαβιβαστών, διάγνωση και θεραπεία για όγκους εγκεφάλου και άλλες ασθένειες που σχετίζονται με τον εγκέφαλο. Σε πολλές από αυτές τις προσεγγίσεις, τα απταμερή επισημαίνονται με ραδιοϊχνηλάτες, όπως το φθόριο-18 για την απεικόνιση PET [70]. Σε αυτήν την ανασκόπηση, θα συζητήσουμε τα επιτεύγματα και τις προκλήσεις της εφαρμογής απταμερών στην απεικόνιση του εγκεφάλου και στις νευρικές ασθένειες.

2. Μοριακή Ανίχνευση

2.1. Ανίχνευση νευροτοξίνης
Οι νευροτοξίνες είναι μια χημικά ποικιλόμορφη ομάδα φαρμακολογικά ενεργών ενώσεων. Ασκούν σαφείς βιολογικές επιδράσεις στα νευρικά συστήματα των οργανισμών αλλά διαφέρουν ως προς τις χημικές δομές και τους μηχανισμούς δράσης τους.

Αλλάζουν τις δυνατότητες δράσης και παρεμποδίζουν τη μετάδοση των νευρικών ερεθισμάτων. Για να αξιολογηθούν σωστά οι κίνδυνοι τους για την ανθρώπινη υγεία και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν επαρκώς ευαίσθητες τεχνικές για τον ακριβή εντοπισμό τους.

Τα απταμερή νουκλεϊκών οξέων έχουν χρησιμοποιηθεί για την επικύρωση της παρουσίας αυτών των τοξινών στο νερό και σε βιολογικά δείγματα με υψηλή ευαισθησία και επιλεκτικότητα [71]. Έχουν αναφερθεί μελέτες που καταδεικνύουν την ακριβή ταυτοποίηση των νευροτοξινών αλλαντίασης (Botulinum A, E), της σαξιτοξίνης, της βρεβοτοξίνης, του paraquat και της τετροδοτοξίνης με απτασητήρες.

Οι νευροτοξίνες αλλαντίασης (BoNTs) είναι από τις πιο θανατηφόρες νευροτοξίνες και θα μπορούσαν ενδεχομένως να χρησιμοποιηθούν ως παράγοντες βιοτρομοκρατίας. Για να αντιμετωπιστεί η κρίσιμη ανάγκη για ένα ευαίσθητο, αποτελεσματικό και σε πραγματικό χρόνο σύστημα ανίχνευσης για BoNTs, χρησιμοποιήθηκε ένα SELEX με βάση το sol-gel για την απομόνωση απταμερών DNA έναντι της αλλαντοτοξίνης της αλλαντοτοξίνης τύπου Ε (BoNT-E) [47].

Οι υποψήφιες αλληλουχίες απταμερούς, μετά τον πέμπτο γύρο, αναλύθηκαν με αλληλουχία επόμενης γενιάς (NGS) και χαρακτηρίστηκαν απταμερή υψηλής συχνότητας. Σε αυτές τις οικογένειες απταμερών, το απταμερές ΒΤ5.6 έδειξε υψηλή συγγένεια, 53 nM Kd, για το BoNT-E και ακινητοποιήθηκε σε μια πλατφόρμα γραφενοξειδίου. Αυτός ο αισθητήρας εμφάνισε ένα όριο ανίχνευσης 0,83 nM (LoD) για το BoNT-E.

Οι βρεβοτοξίνες (BTX) και οι σαξιτοξίνες είναι θαλάσσιες νευροτοξίνες που προκαλούν νευρολογική δηλητηρίαση από οστρακοειδή (NSP). Τα BTXs χαρακτηρίζονται από υψηλή τοξικότητα και ταχεία έναρξη της NSP. Οι τεχνικές δυσκολίες που σχετίζονται με την ανάλυσή τους έχουν ενθαρρύνει τους ερευνητές να αναζητήσουν εναλλακτικές, αποτελεσματικές και φθηνές μεθόδους ανίχνευσης για αυτές τις ισχυρές νευροτοξίνες.

Για αυτόν τον σκοπό, αναπτύχθηκε ένας ηλεκτροχημικός απτααισθητήρας για την ανίχνευση BTX-2, για τον οποίο αυτά τα επιλεγμένα απταμερή DNA χαρακτηρίστηκαν με χρήση φασματοσκοπίας ηλεκτροχημικής αντίστασης (EIS) και φθορισμού.

Το απταμερές BT10, με συγγένεια 42 nM για το BTX-2, ενσωματώθηκε σε έναν ανταγωνιστικό εμπεδομετρικό βιοαισθητήρα χωρίς ετικέτα, ο οποίος έδειξε όριο ανίχνευσης 95 pM BTX-2.

Αυτός ο απτααισθητήρας ήταν σε θέση να ανιχνεύσει το BTX-2 σε ένα εκχύλισμα οστρακοειδών με ακίδα με αξιόπιστη απόκριση παρουσία μιας μήτρας οστρακοειδών [72]. Ως η δεύτερη κατηγορία θαλάσσιων νευροτοξινών, η σαξιτοξίνη χαρακτηρίστηκε για τη σημασία της δημόσιας υγείας.

Χρειάστηκε να αναπτυχθούν μυθιστορηματικές μελέτες ως κατάλληλες εναλλακτικές λύσεις λόγω των τεχνικών και ηθικών θεμάτων των συστημάτων που εφαρμόζονται σήμερα. Για να αντιμετωπιστεί αυτή η ανάγκη, αναπτύχθηκε ένας ανταγωνιστικός απτααισθητήρας παρεμβολομετρίας οπτικού βιολογικού στρώματος χωρίς ετικέτα. Ο βιοαισθητήρας έχει όριο ανίχνευσης 1,66 nM για τη σαξιτοξίνη, με υψηλό βαθμό επιλεκτικότητας και ευαισθησίας, καλή σταθερότητα και ικανότητα ταχείας ανίχνευσης [73].

Παρόμοια με τις θαλάσσιες τοξίνες, οι νευροτοξίνες που απελευθερώνονται από το δάγκωμα του φιδιού είναι από τις πιο ισχυρές και θανατηφόρες τοξίνες. Δυστυχώς, τα συμβατικά διαγνωστικά για δάγκωμα φιδιού που βασίζονται σε προσδιορισμούς πήξης του αίματος και κλινικά συμπτώματα δεν μπορούν να παρέχουν ακριβή διάγνωση. Επίσης, οι εξαρτώμενες από παρτίδες παραλλαγές της απόδοσης των αντισωμάτων περιπλέκουν τη χρήση τους στη διάγνωση.

Μια υψηλής συγγένειας περικομμένη έκδοση απταμερούς -Tox-FL, που αρχικά επιλέχθηκε έναντι της μπουνγκαροτοξίνης του Bungarus multicinctus ( -Tox-T2) με υψηλότερη συγγένεια (Kd=2,8 nM) από τη μητρική -Tox-FL (18 ηΜ), εφαρμόστηκε σε μορφή προσδιορισμού απταμερούς συνδεδεμένου με ένζυμο.

Σε αυτή τη διάταξη, το απταμερές -Tox-T2 θα μπορούσε να ανιχνεύσει την τοξίνη σε μόλις 2 ng ακατέργαστου δηλητηρίου, κάτι που απέδειξε τις δυνατότητές του για ανίχνευση δηλητηρίου Bungarus caeruleus [74].

2.2. Ανίχνευση Νευροδιαβιβαστών

Για τη διερεύνηση της λειτουργικής πολυπλοκότητας του εγκεφάλου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η παρακολούθηση των νευροδιαβιβαστικών δραστηριοτήτων και των οδών σηματοδότησης. Οι νευροδιαβιβαστές είναι απαραίτητοι για τη μεταφορά πληροφοριών μεταξύ των κυττάρων και διαδραματίζουν βασικό ρόλο σε νευρολογικές διαταραχές όπως η επιληψία, η νόσος του Πάρκινσον (PD) και η νόσος του Αλτσχάιμερ (AD).

Σε αρκετές μελέτες, απταμερή ειδικά για ντοπαμίνη, επινεφρίνη ή σεροτονίνη έχουν χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη βιοαισθητήρων βασισμένων σε απταμερή για ανίχνευση νευροδιαβιβαστών, in vivo και in vitro [75].

Ένας νευροδιαβιβαστής κατεχολαμίνης, η ντοπαμίνη (DA) ρυθμίζει πτυχές του ανθρώπινου μεταβολισμού και τις λειτουργίες του καρδιαγγειακού και του νεφρικού συστήματος. Αρκετές νευροεκφυλιστικές ασθένειες, ιδιαίτερα η PD, αποδείχθηκε ότι συσχετίζονται άμεσα με τον ανώμαλο μεταβολισμό της DA [76].

Έτσι, η ανάπτυξη εξαιρετικά ευαίσθητων και εκλεκτικών βιοαισθητήρων για τον προσδιορισμό της DA είναι σημαντικά ενδοβιολογικά συστήματα. Το πρώτο απταμερές RNA έναντι του DA, το dopa2, δέσμευε το DA με μια συγγένεια που αντιπροσωπεύεται από Kd=2.8 nM [77].

Χρησιμοποιώντας αυτό το απταμερές, ένας ηλεκτροχημικός απτααισθητήρας χωρίς ετικέτα που βασίζεται σε ένα σύνθετο φιλμ γραφενίου-πολυανιλίνης ανίχνευσε επιτυχώς την παρουσία απάνθρωπου ορού DA, με LoD 1,98 pM [78]. Σε μια πιο πρόσφατη μελέτη, αναπτύχθηκε ένας άλλος απτασητήρας DA που αποτελείται από ένα απταμερές DNA ως αισθητήρα και ένα σύνθετο οξείδιο του γραφενίου κολλαγόνου από το δέρμα του κυπρίνου (GCSC-GO) ως μετατροπέα.

Το σύνθετο παρασκευάστηκε μέσω υπερήχων και χαρακτηρίστηκε με υπέρυθρη (IR) και φασματοσκοπία Raman, ατομική μικροσκοπία δύναμης και EIS. Αυτό το σύστημα περιελάμβανε ακινητοποίηση απταμερούς στο κολλαγόνο ακολουθούμενη από διαφορική παλμική βολταμετρία.

Αν και ο απτααισθητήρας έδειξε υψηλότερο LoD των 0,75 nM, σε σύγκριση με τον προηγούμενο αισθητήρα με 2 pM, έδειξε υψηλή εκλεκτικότητα για πολύ στενά σχετιζόμενες με το DA ενώσεις και μέτρησε με ακρίβεια το DA παρουσία 10% ορού [79].

Για την ανάλυση διαφόρων μορίων με ελεύθερη επισήμανση, υψηλή ευαισθησία και επιλεκτικότητα, αναφέρθηκε πρόσφατα ένας αισθητήρας διάταξης μικροπροβολών με απταμερή. Ο αισθητήρας αποτελείται από μια σειρά από 12 μικροπρόβολους τροποποιημένους με θειολωμένα απταμερή DA και χρησιμοποιεί νανοσωματίδια χρυσού (AuNP) συζευγμένα με ένα τμήμα DNA που είναι συμπληρωματικό με το DAaptamer στην επιφάνεια του μικροπρόβολου.

Αρχικά υβριδοποιημένα με το απταμερές DA, τα συζεύγματα AuNP-DNA απελευθερώνονται όταν το απταμερές δεσμεύει το DA, το οποίο ενισχύει την επιφανειακή τάση της συστοιχίας κατά περίπου 15 φορές και αυξάνει την εκτροπή.

Το σύστημα έχει γραμμική απόκριση στην περιοχή από 0.5 έως 4 μM DA με LoD 77 nM. Η ειδικότητά του αποδείχθηκε με 12 δομικά και λειτουργικά ανάλογα, συμπεριλαμβανομένου του L-DOPA, κανένα από τα οποία δεν προκάλεσε παραμορφώσεις [80].

For more information:1950477648nn@gmail.com