蒙特利爾大學的化學家們開發出由DNA分子構成的「信號級聯」技術，可在5分鐘內報告並量化一滴血中多種分子的濃度。 他們的發現已在小鼠實驗中得到驗證，並於今日發表在《美國化學會志》上，有望助力開發用於監測和優化各種疾病治療的床旁檢測設備。
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這項突破由蒙特利爾大學化學教授亞歷克西斯·瓦萊-貝利斯爾領導的研究團隊實現。 他表示：「成功治療多種疾病的關鍵因素之一是在整個治療過程中提供並維持適當的藥物劑量。 治療暴露不足會降低療效並通常導致藥物耐藥性，而藥物過量則會增加副作用。 ”
然而，在現代醫學中維持血液中的正確藥物濃度仍是一大挑戰。 由於每位患者的藥代動力學特徵各不相同，其血液中的藥物濃度差異顯著。 例如在化療中，許多癌症患者無法獲得最佳藥物劑量，而目前幾乎沒有足夠快速的檢測方法能及時發現這一問題。
蒙特利爾大學附屬梅松納夫-羅蒙醫院的臨床生物化學家、國際臨床化學與實驗室醫學聯合會實驗室錯誤與患者安全工作組主席文森特·德吉爾表示：“操作簡便的檢測方法可使藥物治療監測更普及，並推動個性化治療的發展。 ”
德吉爾在對該研究的獨立評估中指出：「一種類似血糖儀的便攜式、經濟實惠且精準的聯網解決方案，能在恰當時機測量藥物濃度並將結果直接傳輸給醫療團隊，可確保患者獲得最大化康復幾率的最佳劑量。 ”
研發過程
持有加拿大生物工程與生物納米技術研究講席的瓦萊-貝利斯爾多年來一直探索生物系統如何實時監測周圍環境中的分子濃度。 這項新技術的突破源於對細胞如何檢測並量化周圍分子濃度的觀察。
該研究的第一作者、蒙特利爾大學博士後研究員朱桂池表示：「細胞已進化出由生物分子構成的納米級」信號級聯，這些分子被程式設計為相互作用，從而在特定外部刺激或分子存在時啟動特定細胞活動。 ”
她補充道：「受自然界信號系統模組化特性及其易於進化以檢測新分子目標的啟發，我們開發了類似的DNA基信號級聯，可通過產生易於測量的電化學信號來檢測和量化特定分子。 ”
這些感測器的檢測原理十分直接：待監測的分子目標或藥物（圖中綠色所示）可與一種稱為適配體的特定DNA分子（黃色分子）相互作用。 當該「適配體」DNA與分子目標結合后，便無法再抑制另一種電活性DNA（紅色DNA），後者隨後可到達電極表面併產生電化學電流，使用廉價讀取器即可輕鬆檢測。
瓦萊-貝利斯爾表示：「這類DNA基電化學檢測的一大優勢在於，其檢測原理可推廣至多種不同目標，使我們能夠構建低成本設備，在醫生辦公室甚至家中5分鐘內檢測多種不同分子。 “他的團隊通過檢測四種不同分子驗證了這一新機制。
小鼠實驗
為展示該新型信號機制如何轉化為簡便的家庭檢測工具以説明患者監測和優化化學治療，作者還在活體小鼠中實時監測了一種抗瘧藥物。 目前用於此目的的黃金標準檢測通常需要數小時操作流程和昂貴的儀器設備。
該新型信號機制產生的電流量變化足以使用類似於糖尿病患者家用血糖儀的廉價電子設備進行測量。
參與本研究的另一
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位蒙特利爾大學博士後研究員巴爾-拉姆·阿迪卡里表示：「借助這種DNA基檢測方法，我們已能開發針對多種血液分子的感測器，即使其濃度有時比葡萄糖低10萬倍。 ”
蒙特利爾公司阿納斯已獲得該發明的專利授權，以加速其商業化進程。
關於本研究
亞歷克西斯·瓦萊-貝利斯爾等人撰寫的《分子檢測的動力學程式設計信號級聯》於2025年10月16日發表在《美國化學會志》上。