一個國際研究團隊開發(fā)了一種手持式、非侵入性的設(shè)備，可以檢測阿爾茨海默病和帕金森病的生物標志物。這種生物傳感器還可以將結(jié)果無線傳輸?shù)焦P記本電腦或智能手機上。

加州大學(xué)圣地亞哥分校

11月13日消息

由加州大學(xué)圣地亞哥分校（University of California San Diego，UCSD）領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究團隊在患者的體外樣本上測試了該設(shè)備。測試表明，該裝置與目前最先進的設(shè)備一樣準確。最終，研究人員計劃用這種生物傳感器測試唾液和尿液樣本。該設(shè)備還可以進行改良，以檢測其他疾病的生物標志物。研究人員將他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS）上[1]。

研究于2023年11月13日發(fā)表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》（最新影響因子：11.1）雜志上

該設(shè)備依賴于電子而非化學(xué)檢測，研究人員表示，這更容易實現(xiàn)，也更準確。

該論文的通訊作者之一、UCSD 雅各布斯工程學(xué)院（Jacobs School of Engineering）的生物工程、機械工程和材料科學(xué)教授 Ratnesh Lal 說：“這種便攜式診斷系統(tǒng)將允許在家庭和護理點，如診所和療養(yǎng)院，對全球的神經(jīng)退行性疾病進行檢測。”

到 2060 年，大約 1,400 萬美國人將患上阿爾茨海默病。其他神經(jīng)退行性疾病，如帕金森病，也在上升。目前對阿爾茨海默病和帕金森病最先進的檢測方法需要進行脊椎穿刺和影像學(xué)檢查，包括 MRI。而由于患者不愿接受侵入性操作，因此早期發(fā)現(xiàn)該病很困難。對于已經(jīng)出現(xiàn)癥狀和行動困難的患者以及無法及早進入當?shù)蒯t(yī)院或醫(yī)療設(shè)施的患者，檢測也很困難。

Lal 關(guān)注的這個領(lǐng)域的一個主流假說是，阿爾茨海默病是由可溶性淀粉樣肽引起的，這些淀粉樣肽以大分子的形式聚集在一起，進而在大腦中形成離子通道。

Lal 希望開發(fā)一種能夠非侵入性檢測 β-淀粉樣蛋白和 tau 蛋白（阿爾茨海默病的生物標志物）以及 α-突觸核蛋白（帕金森病的生物標志物）的測試，特別是從唾液和尿液中檢測。他希望依靠電子檢測而不是化學(xué)檢測，因為他認為電子檢測更容易實現(xiàn)，也更準確。他還想制造一種設(shè)備，可以將測試結(jié)果無線傳輸給患者的家人和醫(yī)生。該設(shè)備是他 30 年專業(yè)知識以及與全球研究人員合作的結(jié)果，包括來自德克薩斯大學(xué)（University of Texas ）和中國的合作作者。

“我正在努力，希望提高這些病人的生活質(zhì)量，拯救他們的生命，”他說。

為了實現(xiàn) Lal 的愿景，他和同事改裝了他們在 COVID-19 大流行期間開發(fā)的一種設(shè)備，這種設(shè)備用于檢測 SARS-CoV-2 活病毒中的刺突蛋白和核蛋白，他們于 2022 年在《美國國家科學(xué)院雜志》（PNAS）上[2]描述了這一情況。芯片小型化和生物傳感器制造的大規(guī)模自動化使這一突破成為可能。

之前病毒檢測設(shè)備的研究于2022年6月28日發(fā)表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》（最新影響因子：11.1）雜志上

這個設(shè)備是如何制造的，它是如何工作的

2023 年 PNAS 研究中描述的設(shè)備由一個高靈敏度晶體管的芯片組成，通常被稱為場效應(yīng)晶體管（Field effect transistor ，FET）。在這種情況下，每個晶體管都是由一個單原子厚度的石墨烯層（GFET, G 代表石墨烯）和三個電極組成——源電極和漏電極，連接到電池的正極和負極，以流動電流，柵電極控制電流量。

與柵極相連的是一條 DNA 單鏈，它作為探針與 β-淀粉樣蛋白、tau 蛋白或突觸核蛋白特異性結(jié)合。這些淀粉樣蛋白與它們的特異性 DNA 鏈探針（稱為適配子）的結(jié)合，改變了源電極和漏電極之間的電流流量。電流或電壓的變化是用來檢測特定生物標志物的信號，如淀粉樣蛋白或 COVID-19 蛋白。

研究小組用阿爾茨海默病和帕金森病死者的腦源性淀粉樣蛋白測試了該設(shè)備。實驗表明，該生物傳感器能夠準確地檢測出這兩種情況的特定生物標志物，與現(xiàn)有的最先進的方法相當。該設(shè)備還可以在極低濃度下工作，這意味著它僅需要少量的樣品，最低只有幾微升。

此外，測試表明，即使分析的樣本含有其他蛋白質(zhì)，該設(shè)備也表現(xiàn)良好。Tau 蛋白較難檢測。但由于該設(shè)備觀察三種不同的生物標志物，它可以將三種結(jié)果結(jié)合起來，得出一個可靠的整體結(jié)果。

該技術(shù)已從加州大學(xué)圣地亞哥分校授權(quán)給一家生物技術(shù)初創(chuàng)公司 Ampera Life 。Lal 是該公司的董事長，但他的研究沒有從該公司獲得資金支持。

接下來的步驟包括用該設(shè)備檢測血漿和腦脊液，最后是唾液和尿液樣本。測試將在醫(yī)院和療養(yǎng)院進行。如果這些測試進展順利，Ampera Life 計劃向 FDA 申請該設(shè)備的批準，希望在未來 5-6 個月內(nèi)，最終目標是在一年內(nèi)將該設(shè)備推向市場。

這項研究的資金來自美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）、加州大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）和中國科學(xué)院（CAS）。此外，研究人員使用的設(shè)施是美國國家科學(xué)基金會（NSF）資助的加州大學(xué)圣地亞哥材料研究科學(xué)與工程中心的一部分。

創(chuàng)立于1960年的加州大學(xué)圣地亞哥分校

參考文獻

Source：University of California San Diego

This Wireless, Handheld, Non-invasive Device Detects Alzheimer’s and Parkinson’s Biomarkers

References：

[1]. Tyler Andrew Bodily, Anirudh Ramanathan, Shanhong Wei, Abhijith Karkisaval, Nemil Bhatt, Cynthia Jerez, Md Anzarul Haque, Armando Ramil, Prachi Heda, Yi Wang, Sanjeev Kumar, Mikayla Leite, Tie Li, Jianlong Zhao, Ratnesh Lal. In pursuit of degenerative brain disease diagnosis: Dementia biomarkers detected by DNA aptamer-attached portable graphene biosensor. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023; 120 (47) DOI: 10.1073/pnas.2311565120

[2]. Ban DK, Bodily T, Karkisaval AG, Dong Y, Natani S, Ramanathan A, Ramil A, Srivastava S, Bandaru P, Glinsky G, Lal R. Rapid self-test of unprocessed viruses of SARS-CoV-2 and its variants in saliva by portable wireless graphene biosensor. Proc Natl Acad Sci U S A. 2022 Jul 12;119(28):e2206521119. doi: 10.1073/pnas.2206521119. Epub 2022 Jun 28. PMID: 35763566; PMCID: PMC9282385.

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       原文標題 : 這種無線、手持式、非侵入性設(shè)備檢測阿爾茨海默病和帕金森病的生物標志物