实时跟踪血液中苯丙氨酸含量的电化学生物传感器
2021-03-13 19:24:35 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
遗传性苯丙酮尿症（PKU）患者血液中的苯丙氨酸水平会带来健康风险，这就要求他们严格控制蛋白质的摄入量。据麦姆斯咨询报道，加州大学圣巴巴拉分校的研究人员开发出了一种新型生物传感器，可以检测人体内苯丙氨酸的升降水平，为PKU患者的个性化医疗和饮食提供了可能。
当与金电极结合的核酸适体围绕苯丙氨酸折叠时，它会在电极附近释放亚甲基蓝，由此产生的电化学信号尖峰，形成高灵敏度的可逆信号。
遗传性苯丙酮尿症（PKU）患者血液中的苯丙氨酸水平会带来健康风险，这就要求他们严格控制蛋白质的摄入量。据麦姆斯咨询报道，加州大学圣巴巴拉分校的研究人员开发出了一种新型生物传感器，可以检测人体内苯丙氨酸的升降水平，为PKU患者的个性化医疗和饮食提供了可能。研究人员称，目前他们已经在大鼠身上进行了测试，这种测量手段或将加速未来PKU创新疗法的研究。
和注射器针头差不多纤细的传感器（外附蓝色塑料外壳），可以插入啮齿类动物的静脉来追踪苯丙氨酸水平。
大多数人不需要考虑他们体内的苯丙氨酸水平。但在美国，大约每1.6万人中就有1人天生患有苯丙氨酸羟化酶缺陷，无法正常分解氨基酸。因此，每次食用蛋白质，他们血液中的苯丙氨酸水平就会上升，这会破坏大脑的氨基酸平衡，并可能造成永久性的神经损伤。这种疾病可以通过低蛋白饮食和注射酶疗法来进行控制。
通常，PKU患者每周要做两次血检，大部分采用指尖采血法，并且需要等待一周才能得到检测结果。加州大学圣巴巴拉分校的生物工程师Kevin W. Plaxco说：“如果这种疾病的患者可以拥有类似现在糖尿病管理使用的实时监测手段，相信可以显著改善这些患者的治疗和生活质量。”
Plaxco和他的研究团队大约在5年前开发了一种用于测量活体大鼠血液中药物分子的电化学传感器，现在他们对这种传感器进行了改造。首先，他们设计了一种能够与靶分子苯丙氨酸结合的核酸适体。然后，他们将适体的一端固定在金电极上，另一端用亚甲基蓝标记。当适体结合苯丙氨酸并围绕苯丙氨酸折叠时，会将亚甲基蓝报告子向下摆动，使其电子更接近电极，从而生成电流尖峰。这种结合可逆且具有选择性，而且灵敏度足够高，可以检测到微小的浓度变化。
Plaxco的研究小组将针头般纤细的传感器插入四只麻醉大鼠的颈静脉，然后向它们注射苯丙氨酸来模拟进食。传感器每12秒读取一次读数，测量到苯丙氨酸水平的快速上升，然后在接下来的30分钟内呈指数下降。
Plaxco说，更进一步的动力学研究可以揭示种群或个体苯丙氨酸代谢的重要细节。他希望制作一款临床研究版本，以确定个体的苯丙氨酸代谢率，并研究各种可能因素的影响。他的最终目标是为PKU患者开发一种类似血糖仪的可穿戴设备，实现连续测量。目前，他正在与企业合作，计划将这项技术商业化。
加州大学洛杉矶分校研究神经递质药理学的Anne M. Andrews利用同一适体打造了一种苯丙氨酸体外传感器，他评价说，“这种实时苯丙氨酸传感器也将有助于简化动物研究。老实说，我们甚至还没有掌握基本的生物学原理，因为此前我们从来没能在这种时间范围内进行测量。”
Andrews指出，“老鼠经常被用作动物疾病模型，不过，在这些啮齿类动物身上反复抽血相比人类抽血更不切实际。因为，它们体内的鲜血很少，仅够采集三到四个样本而已。利用这项新的研究成果，在这种时间分辨率下通过这些动物做很多实验一定会非常有趣。”
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