موضوعات: آلزایمر، نشانگرهای زیستی، مهندسی پزشکی، پارکینسون
تاریخ انتشار خبر: 31 دسامبر 2023
این حسگر زیستی و خواننده برای استفاده در خانه یا در محل مراقبت طراحی شده اند و می تواند نتایج را به صورت بی سیم به پزشکان، بیماران و مراقبان و خانواده بیمار منتقل کند.
مراحل بعدی شامل آزمایش نمونه های بزاق و ادرار با حسگر زیستی است:
یک تیم بین المللی از دانشمندان یک دستگاه دستی و غیر تهاجمی ساخته اند که می تواند نشانگرهای زیستی بیماری آلزایمر و پارکینسون را تشخیص دهد. این حسگر زیستی همچنین می تواند یافته ها را به صورت بی سیم به لپ تاپ یا گوشی هوشمند ارسال کند.
این دستگاه، تحت آزمایش موفقیت آمیز بر روی نمونه های آزمایشگاهی از بیماران قرار گرفت و دقتی قابل مقایسه با پیشرفته ترین روش های فعلی را نشان داد. مرحله بعدی این فناوری شامل آزمایش نمونه های بزاق و ادرار با استفاده از این حسگر زیستی است. علاوه بر این، امکان تطبیق دستگاه برای شناسایی نشانگرهای زیستی برای سایر شرایط پزشکی نیز وجود دارد.
محققان اخیرا یافته های خود را در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences ارائه کرده اند.
این دستگاه به جای تشخیص شیمیایی به تشخیص الکتریکی متکی است که به گفته محققان اجرای آن آسان‌تر و دقیق‌تر است.
این حسگر زیستی از یک تراشه با یک ترانزیستور بسیار حساس تشکیل شده که از یک لایه گرافن با ضخامت یک اتم و سه الکترود منبع و الکترود تخلیه تشکیل شده است که به قطب‌های مثبت و منفی باتری متصل می‌شود تا جریان الکتریکی را جاری کند علاوه بر این یک الکترود gate هم برای کنترل مقدار جریان عبوری درنظر گرفته شده است.
راتنش لال، استاد مهندسی زیستی، مهندسی مکانیک، و استاد علم مواد در دانشکده UC San Diego Jacobs و یکی از نویسندگان مقاله گفت: «این سیستم تشخیصی قابل حمل امکان آزمایش در خانه و در محل مراقبت، مانند کلینیک‌ها و خانه‌های سالمندان، را برای بیماری‌های عصبی در سراسر جهان فراهم می‌کند.
نیاز فوری به تشخیص زودهنگام
تا سال 2060، حدود 14 میلیون آمریکایی از بیماری آلزایمر رنج خواهند برد. سایر بیماری های عصبی مانند پارکینسون نیز در حال افزایش هستند. روش‌های آزمایشی کنونی برای آلزایمر و پارکینسون به آزمایش‌های تصویربرداری از جمله MRI نیاز دارند. در نتیجه، تشخیص زودهنگام بیماری دشوار است، زیرا بیماران از روش های تهاجمی خودداری می کنند. آزمایش همچنین برای بیمارانی که در حال حاضر علائم را نشان می دهند و در حرکت مشکل دارند و همچنین افرادی که دسترسی اولیه به بیمارستان های محلی یا امکانات پزشکی ندارند، دشوار است.
یکی از فرضیه‌های رایج در این زمینه که لال روی آن تمرکز کرده است، این است که بیماری آلزایمر توسط پپتیدهای آمیلوئید محلول ایجاد می‌شود که در مولکول‌های بزرگ‌تری با هم ترکیب می‌شوند و به نوبه خود کانال‌های یونی را در مغز تشکیل می‌دهند.
نمای نزدیک از چاه سیلیکونی در بیوسنسور با ترانزیستور مبتنی بر گرافن در پایین.
لال می خواست طرحی ایجاد کند که بتواند پپتیدهای آمیلوئید بتا و تاو (tau)- نشانگرهای زیستی برای آلزایمر – و پروتئین های آلفا سینوکلئین – نشانگرهای زیستی پارکینسون – را به طور غیر تهاجمی، به ویژه از بزاق و ادرار تشخیص دهد. او می خواست به تشخیص الکتریکی و نه شیمیایی تکیه کند، زیرا معتقد است اجرای آن آسان تر و دقیق تر است. او همچنین می خواست دستگاهی بسازد که بتواند نتایج آزمایش را به صورت بی سیم به خانواده و پزشکان بیمار منتقل کند. این دستگاه حاصل سه دهه تخصص او و همچنین همکاری او با محققان در سطح جهان از جمله نویسندگان مشترک این اثر از تگزاس و چین است.
او گفت: “من سعی می کنم کیفیت زندگی را بهبود بخشم و زندگی ها را نجات دهم.”
برای تحقق بخشیدن به چشم انداز لال، او و همکارانش دستگاهی را که در طول همه گیری کووید توسعه دادند برای شناسایی spike و پروتئین های نوکلئوپروتئین موجود در ویروس زنده SARS-CoV-2 که در PNAS در سال 2022 توصیف کردند، تطبیق دادند. این پیشرفت با کوچک سازی تراشه و با اتوماسیون در مقیاس بزرگ تولید حسگرهای زیستی ممکن شده بود.
چگونه دستگاه ساخته شده و چگونه کار می کند
دستگاهی که در مطالعه PNAS در سال 2023 توضیح داده شد، از یک تراشه با یک ترانزیستور با حساسیت بالا تشکیل شده است که معمولاً به عنوان ترانزیستور اثر میدانی (FET) شناخته می شود. در این مورد، هر ترانزیستور از یک لایه گرافن با ضخامت یک اتم (GFET، با G مخفف گرافن) و سه الکترود – منبع و الکترود تخلیه، که به قطب‌های مثبت و منفی یک باتری متصل هستند تا جریان الکتریکی جریان پیدا کند و یک الکترود گیت برای کنترل مقدار جریان، ساخته شده است..
یک رشته DNA منفرد به الکترود گیت متصل است که به عنوان یک کاوشگر عمل می کند که به طور خاص به پروتئین های آمیلوئید بتا، تاو یا سینوکلئین متصل می شود. اتصال این آمیلوئیدها با پروب رشته DNA خاص آنها که آپتامر نامیده می شود، میزان جریان بین منبع و الکترود تخلیه را تغییر می دهد. تغییر در این جریان یا ولتاژ، سیگنالی است که برای شناسایی نشانگرهای زیستی خاص مانند آمیلوئیدها یا پروتئین‌های COVID-19 استفاده می‌شود.
تیم تحقیقاتی این دستگاه را با پروتئین های آمیلوئید مشتق از مغز بیماران مبتلا به آلزایمر و پارکینسون مورد آزمایش قرار دادند. آزمایش‌ها نشان داد که حسگرهای زیستی می‌توانند نشانگرهای زیستی خاص را برای هر دو شرایط با دقت بسیار بالا و همتراز با روش‌های پیشرفته موجود تشخیص دهند. این دستگاه همچنین در غلظت‌های بسیار کم کار می‌کند، به این معنی که به مقادیر کمی برای نمونه‌ها نیاز دارد(تا چند میکرولیتر).
علاوه بر این، آزمایش‌ها نشان داد که دستگاه حتی زمانی که نمونه‌های آنالیز شده حاوی پروتئین‌های دیگری بودند، عملکرد خوبی داشت. اما تشخیص پروتئین تاو دشوارتر بود. اما از آنجایی که دستگاه به سه نشانگر زیستی مختلف نگاه می کند، می تواند نتایج هر سه را ترکیب کند تا به یک نتیجه کلی قابل اعتماد برسد.
این فناوری از UC San Diego به یک استارتاپ بیوتکنولوژی Ampera Life مجوز داده است.
مراحل بعدی شامل آزمایش پلاسمای خون و مایع مغزی نخاعی با دستگاه و در نهایت نمونه بزاق و ادرار است. این آزمایش ها در بیمارستان ها و خانه های سالمندان انجام می شود. اگر این آزمایش‌ها به خوبی انجام شود، Ampera Life قصد دارد تا در پنج یا شش ماه آینده برای تأیید FDA برای دستگاه درخواست دهد. هدف نهایی این است که دستگاه در یک سال آتی به بازار عرضه شود.
از کد DOI زیر برای مطالعه کامل این مقاله می تونید استفاده کنید: