การประยุกต์ใช้ Aptamer ในประสาทวิทยาศาสตร์ตอนที่ 1

เชิงนามธรรม:

เนื่องจากสาเหตุหลักของความพิการ โรคทางระบบประสาทจึงได้รับความสนใจอย่างมากจากชุมชนสุขภาพทั่วโลก

ระบบประสาทเป็นส่วนสำคัญของร่างกายมนุษย์ มีหน้าที่รับผิดชอบในการรับรู้ การคิด การเคลื่อนไหว จิตวิทยา และอารมณ์ของมนุษย์ อย่างไรก็ตาม บางคนอาจมีปัญหาทางระบบประสาทที่ส่งผลต่อความจำของตนเอง โรคทางระบบประสาทหมายถึงการเปลี่ยนแปลงทางพยาธิวิทยาในระบบประสาทส่วนกลางและระบบประสาทส่วนปลาย เช่น โรคหลอดเลือดสมอง โรคพาร์กินสัน โรคอัลไซเมอร์ เป็นต้น โรคเหล่านี้จะส่งผลต่อความจำ แต่เราทุกคนสามารถเอาชนะมันได้ด้วยวิธีการเชิงรุก ปรับปรุงมัน

ที่แรกก็คือโรคหลอดเลือดสมอง ตามสถิติ ผู้คนนับล้านได้รับผลกระทบจากโรคหลอดเลือดสมองทุกปี และหนึ่งในอาการที่พบบ่อยที่สุดคือการสูญเสียความทรงจำ โรคหลอดเลือดสมองเป็นอันตรายต่อร่างกายอย่างมากเพราะส่งผลต่อส่วนต่างๆ ของสมองที่จ่ายออกซิเจนและเลือด อย่างไรก็ตาม เราสามารถป้องกันโรคหลอดเลือดสมองได้โดยการออกกำลังกายและเปลี่ยนนิสัยการกินของเรา ตัวอย่างเช่น การออกกำลังกายที่เหมาะสม การรักษาน้ำหนักให้อยู่ในระดับปกติ และการรับประทานอาหารที่ดีต่อสุขภาพสามารถลดความเสี่ยงของโรคหลอดเลือดสมองได้อย่างมีประสิทธิภาพ และช่วยรักษาความจำได้ดีขึ้น

ต่อไปคือโรคพาร์กินสัน นี่คือโรคความผิดปกติของการเคลื่อนไหวที่เกิดจากการตายของเซลล์ประสาท นอกจากการเคลื่อนไหวแล้ว โรคพาร์กินสันยังส่งผลต่อความจำอีกด้วย การศึกษาพบว่าผู้ป่วยส่วนใหญ่มีความบกพร่องทางสติปัญญา รวมถึงการสูญเสียความจำ อย่างไรก็ตาม ผู้ป่วยสามารถใช้มาตรการต่างๆ เพื่อชะลอการลุกลามของโรคได้ เช่น การเข้ารับการรักษาอย่างมืออาชีพและการฝึกอบรมการฟื้นฟูสมรรถภาพ การมีงานอดิเรก เช่น ฟังเพลง อ่านหนังสือ และการเรียนรู้ทักษะใหม่ๆ ยังมีประโยชน์ในการผ่อนคลายสมองและช่วยฟื้นฟูความจำอีกด้วย

สุดท้ายก็เป็นโรคอัลไซเมอร์ เป็นโรคที่ทำให้เกิดความบกพร่องทางสติปัญญา โดยการสูญเสียความทรงจำเป็นหนึ่งในอาการที่พบบ่อยและชัดเจนที่สุด อย่างไรก็ตามโรคอัลไซเมอร์ก็เป็นโรคที่สามารถแพร่กระจายได้ การวิจัยแสดงให้เห็นว่าการออกกำลังกาย การรับประทานอาหารเพื่อสุขภาพ การเรียนรู้ทักษะใหม่ๆ และการอาสาสามารถช่วยชะลอการลุกลามของโรคและปรับปรุงความจำได้

เราควรรักษาทัศนคติเชิงบวกอยู่เสมอและใช้วิธีการป้องกันและรักษาโรคทางระบบประสาทอย่างแข็งขันเพื่อปรับปรุงความจำของเรา แม้ว่าเราจะได้รับผลกระทบ เราก็สามารถใช้มาตรการต่างๆ เพื่อปรับปรุงความต้านทานและความสามารถในการต่อสู้กับโรคได้ ตราบใดที่เรายังคงมีความพยายาม เราก็จะพบหนทางที่ดีกว่าและดีต่อสุขภาพมากขึ้นในการป้องกันและรักษาภาวะความจำเสื่อม จะเห็นได้ว่าเราต้องปรับปรุงความจำ และ Cistanche Deserticola สามารถปรับปรุงความจำได้อย่างมาก เนื่องจาก Cistanche Deserticola เป็นยาจีนโบราณที่มีลักษณะพิเศษมากมาย หนึ่งในนั้นคือการปรับปรุงความจำ ประสิทธิภาพของ Cistanche Deserticola มาจากส่วนผสมออกฤทธิ์หลายชนิดใน Cistanche Deserticola รวมถึงกรดแทนนิก โพลีแซ็กคาไรด์ ฟลาโวนอยด์ไกลโคไซด์ ฯลฯ ส่วนผสมเหล่านี้สามารถส่งเสริมสุขภาพสมองผ่านวิถีทางที่หลากหลาย

คลิกรู้เพื่อปรับปรุงหน่วยความจำระยะสั้น

ผู้คนกว่าพันล้านคนต้องทนทุกข์ทรมานจากความผิดปกติทางระบบประสาทอย่างใดอย่างหนึ่งต่อไปนี้: ภาวะสมองเสื่อม โรคลมบ้าหมู โรคหลอดเลือดสมอง ไมเกรน เยื่อหุ้มสมองอักเสบ โรคอัลไซเมอร์ โรคพาร์กินสัน โรคปลอกประสาทเสื่อมแข็ง โรคปลอกประสาทเสื่อมแข็ง (amyotrophic lateral sclerosis) โรคฮันติงตัน โรคปริออน หรือเนื้องอกในสมอง ทางเลือกในการวินิจฉัยและการรักษามีจำกัดสำหรับโรคเหล่านี้หลายชนิด

Aptamers เป็นโมเลกุลกรดนิวคลีอิกขนาดเล็กและไม่ก่อภูมิคุ้มกันซึ่งดัดแปลงทางเคมีได้ง่าย จึงนำเสนอการประยุกต์ใช้ในการวินิจฉัยและการบำบัดที่มีศักยภาพเพื่อตอบสนองความต้องการเหล่านี้

การทบทวนนี้ครอบคลุมการศึกษาบุกเบิกในการใช้อุปกรณ์ตรวจประเมิน ซึ่งแสดงให้เห็นแนวโน้มในการวินิจฉัยและการรักษาโรคทางระบบประสาทในอนาคตที่ก่อให้เกิดความท้าทายด้านสุขภาพทั่วโลกที่เลวร้ายยิ่งขึ้น

คำสำคัญ: แอพทาเมอร์; ประสาทวิทยา; โรคทางระบบประสาท ความผิดปกติทางระบบประสาท สารพิษต่อระบบประสาท; มะเร็ง.

1. บทนำ

Aptamers เป็น DNA, RNA หรือโมเลกุล XNA สังเคราะห์แบบเส้นเดี่ยวที่สามารถพับเป็นโครงสร้างสามมิติ (3D) ที่เป็นเอกลักษณ์โดยที่พวกมันจับโมเลกุลเป้าหมายด้วยความจำเพาะและความสัมพันธ์สูง [1,2]

แนวทางในการคัดเลือกผู้ตรวจสอบประสบความสำเร็จในปี พ.ศ. 2533 โดยกลุ่มที่แยกจากกันสามกลุ่ม [3–5] ปัจจุบันวิธีนี้รู้จักกันในชื่อ Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment (SELEX) ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา มีการเลือกผู้ตรวจสอบจำนวนมากเพื่อใช้ในสาขาวิทยาศาสตร์พื้นฐาน และมีผู้ตรวจสอบจำนวนเพิ่มมากขึ้นที่ยังด้อยพัฒนาสำหรับการใช้งานในการรักษาโรค การวินิจฉัย และการถ่ายภาพด้วยภาพ [6–10]

วิธี SELEX จำลองวิวัฒนาการของดาร์วิน ในหลอดทดลอง ประกอบด้วยรอบการคัดเลือกหลายรอบ และหลังจากแต่ละรอบ จะมีการขยายแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลของโอลิโกนิวคลีโอไทด์ (โอลิโกส) ที่ "เหมาะสมที่สุด"

SELEX แบบดั้งเดิมหนึ่งรอบประกอบด้วยสามขั้นตอนในลำดับ (1) บ่มโมเลกุลเป้าหมายที่ต้องการด้วยกลุ่มโอลิโกสที่มีบริเวณนิวคลีโอไทด์ส่วนกลาง 20–60 ของลำดับแบบสุ่มที่ล้อมรอบด้วยบริเวณปลายของลำดับคงที่ซึ่งจะเป็นเทมเพลตสำหรับปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรสในภายหลัง (PCR) ),(2) จับโอลิโกสในกลุ่มที่สามารถจับเป้าหมายได้สำเร็จ และ (3) ขยายโอลิโกที่ถูกจับโดย PCR หรือ Reverse transcription-PCR (rt-PCR) ขึ้นอยู่กับประเภทของโอลิโก, DNA หรือ RNA ตามลำดับ

นอกจากนี้ ยังมีการรวมรอบของการคัดเลือกแบบสวนกลับด้วย โดยที่กลุ่มกรดนิวคลีอิกถูกส่งผ่านเมทริกซ์รองรับที่ว่างเปล่า โดยไม่มีเป้าหมายที่ต้องการ หรือบนเมทริกซ์รองรับที่มีโมเลกุลอื่นหนึ่งโมเลกุลหรือมากกว่านั้นที่อาจสัมพันธ์เชิงโครงสร้างกับโมเลกุลเป้าหมาย

ในการคัดเลือกแบบสวนกลับ โอลิโกสที่ไม่จับเมทริกซ์รองรับหรือโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างจะถูกจับและดำเนินต่อไปผ่าน SELEX รอบเพิ่มเติม

การเลือกตอบโต้จะดำเนินการเพื่อวัตถุประสงค์หลายประการ เช่น เพื่อกำจัดโอลิโกสที่มีปฏิกิริยากับ (1) เมทริกซ์รองรับ (2) แอนะล็อกหรือโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับเชิงโครงสร้างกับเป้าหมาย หรือ (3) โมเลกุลที่มีความเข้มข้นสูงในเมทริกซ์ทางชีวภาพ (เช่น ซีรั่ม หรือสารสกัดจากเนื้อเยื่อ) ซึ่งแอปทาเมอร์ที่เลือกจะทำงาน

เป้าหมายหลักของการเลือกตอบโต้คือการเพิ่มความจำเพาะของแอปทาเมอร์สำหรับเป้าหมายที่ต้องการเหนือคู่แข่งระดับโมเลกุลอื่นๆ นอกจาก SELEX แบบเดิมแล้ว SELEX แบบสลับโครงสร้างที่พัฒนาขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้กำลังได้รับความนิยม [11–13]

ในแนวทางนี้ โอลิโกสจำเป็นต้องเปลี่ยนโครงสร้างเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับเป้าหมาย เพื่อแยกตัวออกจากลำดับการจับเสริม สิ่งนี้ทำให้แน่ใจได้ว่าแอปทาเมอร์ที่เลือกจะเปลี่ยนโครงสร้างตามการเชื่อมโยงลิแกนด์ วิธีการ SELEX ทางเลือกอื่นๆ ได้รับการพัฒนาซึ่งรวมถึง CE-SELEX, เซลล์-SELEX และ SELEX ภายในร่างกาย ตามที่สรุปไว้ในตารางที่ 1

ค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะรวมขั้นตอนต่างๆ ของ SELEX เพื่อพัฒนาเทคนิคที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น หลังจากคัดเลือกผู้ตรวจสอบโดย SELEX แล้ว พวกเขาจะได้รับการปรับเปลี่ยนเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงความจำเพาะและความสัมพันธ์ของพวกเขาด้วยวิธีการต่างๆ มากมาย ซึ่งในภาษาโตโต้สามารถเรียกได้ว่าเป็นการเจริญเต็มที่

มีข้อควรพิจารณาหลายประการในการเลือกและการเจริญเติบโตของผู้ตรวจสอบ ประการแรก โครงสร้างของแอปทาเมอร์และอันตรกิริยาระหว่างแอปทาเมอร์กับเป้าหมายจะได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิและส่วนประกอบของบัฟเฟอร์ รวมถึงไอออน ความแรงของไอออนิก และ pH

ดังนั้น จุดที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งในการออกแบบ SELEX คือการเลียนแบบสภาพแวดล้อม (เมทริกซ์ทางชีวภาพหรือส่วนประกอบของเกลือ/บัฟเฟอร์) ในระหว่างการเลือกซึ่งจะพบเป้าหมายโมเลกุลของแอปทาเมอร์ และปฏิสัมพันธ์ระหว่างแอปทาเมอร์กับเป้าหมายจะเกิดขึ้น

การเลือกองค์ประกอบบัฟเฟอร์ที่เหมาะสมและอุณหภูมิในการบ่มจะช่วยให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพสูงสุดของเครื่องมือตรวจสอบที่เลือกภายใต้เงื่อนไขที่จะใช้ [4,30–32]

ประการที่สอง อาจจำเป็นต้องปรับปรุงความเสถียรของแอปทาเมอร์ เนื่องจากแอปทาเมอร์ DNA และ RNA เป็นเป้าหมายที่เป็นไปได้สำหรับการโจมตีด้วยนิวคลีเอส โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของ RNA เนื่องจากกลุ่ม 20OH ซึ่งถูกใช้โดยไรโบนิวคลีเอสในการโจมตีด้วยไฟฟ้าของฟอสเฟตของแกนหลักของกรดนิวคลีอิกสำหรับการไฮโดรไลซิส

ดังนั้น RNA จึงมีความทนทานต่ออุณหภูมิและ pH ที่สูงมากกว่า DNA แอปทาเมอร์สามารถเจริญเติบโตได้โดยการดัดแปลงทางเคมีหลังการคัดเลือกเพื่อเอาชนะความอ่อนแอนี้ อย่างไรก็ตาม การปรับเปลี่ยนดังกล่าวอาจส่งผลให้แอปทาเมอร์สูญเสียความจำเพาะและ/หรือความสัมพันธ์

ดังนั้นจึงมักจะดีกว่าถ้ารวมนิวคลีโอไทด์ที่ดัดแปลงระหว่าง SELEX การปรับเปลี่ยนแอปทาเมอร์ที่เป็นไปได้หลายอย่างแสดงอยู่ในตารางที่ 2

คุณสามารถเลือกแอปทาเมอร์ที่เลือกจับไวรัส เซลล์ แบคทีเรีย โปรตีน สารพิษ และเปปไทด์ส่วนใหญ่โดยมีความชอบสูง [45–48] สามารถใช้งานได้หลายครั้งโดยไม่ทำให้กิจกรรมหยุดชะงัก กล่าวอีกนัยหนึ่ง พวกมันสามารถแยกออกจากเป้าหมายเพื่อนำไปใช้ต่อไปได้

ในทางตรงกันข้าม แอนติบอดีสามารถใช้ได้เพียงไม่กี่ครั้งก่อนที่จะทำหน้าที่ได้ ผู้ตรวจสอบกรดนิวคลีอิกสามารถเจริญเติบโตได้เพื่อให้มีเสถียรภาพมากกว่าแอนติบอดีและเอนไซม์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิสูงกว่า [2]

ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อทราบถึงปฏิกิริยาของแอปทาเมอร์แล้ว การสังเคราะห์ทางเคมีและการทำให้บริสุทธิ์ให้เป็นเนื้อเดียวกันนั้นสามารถทำซ้ำได้สูงและราคาไม่แพง คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ผู้ตรวจสอบมีศักยภาพในการทดแทนแอนติบอดีเป็นส่วนประกอบของหน่วยตรวจจับ [49]

ความยืดหยุ่นของโครงสร้างของแอปทาเมอร์และความสามารถในการ "ปกปิด" บริเวณของลำดับแอปทาเมอร์ที่มีโอลิโกสเสริม ทำให้เกิดทางเลือกในการส่งสัญญาณที่ช่วยให้สามารถรวมแอปทาเมอร์เข้ากับแพลตฟอร์มเซ็นเซอร์จำนวนมาก ซึ่งไม่สามารถปรับตัวให้เข้ากับแอนติบอดีได้อย่างง่ายดาย คุณสมบัติเหล่านี้กระตุ้นให้เกิดการพัฒนาไบโอเซนเซอร์ที่ใช้ตัวกระตุ้น (50–52)

การพัฒนาเครื่องมือใหม่สำหรับการวินิจฉัยเป็นหนึ่งในประเด็นที่สำคัญที่สุดในสาขาไบโอเซนเซอร์ โดยมีนักวิจัยจำนวนมากที่ต้องการสร้างวิธีการที่ง่าย มีประสิทธิภาพ และถูกกว่า เพื่อให้ได้การวินิจฉัยตั้งแต่เนิ่นๆ และการรักษาที่แม่นยำ

การรวมแอปทาเมอร์ไว้ในไบโอเซนเซอร์ (ชื่อ "aptasensors") มีรากฐานมาจากทศวรรษ 1990

ตัวอย่างแรกของแอปทาเมอร์ที่เป็นองค์ประกอบการจดจำทางชีวภาพคือออปติคัลไบโอเซนเซอร์ที่ใช้แอปทาเมอร์ที่มีป้ายกำกับเรืองแสงกับอีลาสเทสนิวโทรฟิลของมนุษย์ในการทดสอบที่เป็นเนื้อเดียวกัน [53]

ตั้งแต่นั้นมา มีรายงานการออกแบบแอปตาเซนเซอร์หลายประเภท ส่วนใหญ่มีแอปทาเมอร์บนฐานรองรับที่มั่นคง และด้วยสัญญาณเคมีไฟฟ้า เชิงแสง เครื่องกล และอะคูสติก [45,54–56] ตัวอย่างบางส่วนจะกล่าวถึงในภายหลังในบทความนี้

Aptamers ยังถูกนำมาใช้ในการบำบัดอีกด้วย การปรับเปลี่ยนที่ส่งผลให้ครึ่งชีวิตเพิ่มขึ้นและเภสัชจลนศาสตร์ที่ดีขึ้น ทำให้ผู้ตรวจสอบบางรายเป็นทางเลือกที่ดีสำหรับการประยุกต์ใช้ทางคลินิก เมื่อเปรียบเทียบกับแอนติบอดีแล้ว แอปทาเมอร์จะมีภูมิคุ้มกันน้อยกว่ามาก และสามารถยับยั้งการกระทำของพวกมันได้ด้วยโอลิโกนิวคลีโอไทด์เสริมแบบย้อนกลับ (Munzar et al., 2019)

คุณลักษณะที่สำคัญเหล่านี้แนะนำผู้ตรวจสอบเพื่อการพัฒนาเพื่อใช้เป็นการบำบัด Macugen (pegaptanib Sodium) ซึ่งคัดเลือกการรับรู้ถึงปัจจัยการเจริญเติบโตของหลอดเลือดและผนังหลอดเลือด (VEGF) เป็นผู้ตรวจสอบรายแรกที่ได้รับอนุมัติให้เป็นตัวแทนในการรักษาโรค (Tobin, 2006)

ตั้งแต่นั้นมา ผู้ตรวจสอบหลายคนได้เข้าสู่ขั้นตอนต่างๆ ของการทดลองทางคลินิก โดยกำลังได้รับการทดสอบเพื่อรักษาสภาวะทางการแพทย์ เช่น มะเร็งปอดชนิดเซลล์เล็ก โรคที่เกี่ยวข้องกับฟอน วิลลีแบรนด์แฟคเตอร์ แองจิโอมา และมะเร็งเซลล์ไต [51,57–60]

การประยุกต์ใช้แอปทาเมอร์เพื่อการรักษาที่เป็นไปได้อีกประการหนึ่งเกี่ยวข้องกับระบบการนำส่ง [61,62] เพื่อให้บรรลุผลลัพธ์ที่มีประสิทธิภาพในระบบเหล่านี้ ผู้ตรวจสอบควรจดจำโปรตีนบนผิวเซลล์ในรูปแบบดั้งเดิม

Cell-SELEX ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อคัดเลือกเทียบกับโปรตีนบนผิวเซลล์ซึ่งมักทำให้บริสุทธิ์ได้ยากในรูปแบบดั้งเดิม [63] แอปทาเมอร์ที่จดจำโปรตีนบนพื้นผิวเอเซลล์สามารถสุ่มตัวอย่างตัวรับเพื่อบรรจุสินค้าที่ติดอยู่กับแอปทาเมอร์ภายในได้ ด้วยวิธีนี้ เราสามารถเลือกแอปทาเมอร์ให้กับตัวรับที่แสดงออกเป็นหลักในเซลล์ประเภทเดียวที่สามารถกำหนดเป้าหมายได้ในสิ่งมีชีวิต [57]

ตัวอย่างเช่น aptamers ต่อต้าน PSMA (เมมเบรนแอนติเจนเฉพาะต่อมลูกหมาก) ได้รับการพัฒนาเพื่อส่ง siRNA ไปยังเนื้องอกในหนูหรือเซลล์เพาะเลี้ยง [62,64–66]

ในด้านประสาทวิทยาศาสตร์ การใช้เครื่องตรวจสอบยังมีข้อจำกัด แม้ว่าจะมีการนำไปประยุกต์ใช้ได้อย่างหลากหลายก็ตาม มีรายงานว่าผู้ตรวจสอบแอปทาเมอร์เป็นทางเลือกในการรักษาโรคที่เป็นไปได้สำหรับโรคเกี่ยวกับความเสื่อมของระบบประสาท ซึ่งส่งผลให้สูญเสียโครงสร้างและการทำงานของระบบประสาทส่วนกลาง (CNS) รวมถึงโรคอัลไซเมอร์ (AD), โรคพาร์กินสัน (PD), โรค Creutzfeldt–Jakob, โรคของเซลล์ประสาทสั่งการ และโรคฮันติงตัน โรค (HD) (รูปที่ 1) ปัจจุบัน ประชากรโลกราว 50 ล้านคนเผชิญกับภาวะสมองเสื่อม ซึ่งมีค่าใช้จ่ายด้านการรักษาพยาบาลทั่วโลกเกือบล้านล้านเหรียญสหรัฐต่อปี

สิ่งนี้ทำให้ภาวะสมองเสื่อมเป็นปัญหาทางการแพทย์และเศรษฐกิจที่ใหญ่ที่สุดสำหรับสังคมของเรา [67] นอกจากนี้ ตามข้อมูลขององค์การสหประชาชาติและองค์การอนามัยโลก คาดว่าประชากรโลกที่มีอายุมากกว่า 65 ปีจะเพิ่มขึ้นสองเท่าภายในปี 2593

ดังนั้นโรคทางระบบประสาทที่ขึ้นกับอายุจะต้องใช้ค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้นในการวินิจฉัยและการรักษา [67]

ความต้องการที่สำคัญเหล่านี้สำหรับวิธีการเพื่ออำนวยความสะดวกในการวินิจฉัยโรคตั้งแต่เนิ่นๆ และการประยุกต์ใช้การรักษาแบบใหม่สามารถทำได้โดยผู้ตรวจ ซึ่งอาจเป็นวิธีแก้ปัญหาสำหรับภาวะแทรกซ้อนบางอย่างที่ซ่อนอยู่ [68,69]

อุปกรณ์ตรวจสอบกำลังได้รับการพัฒนาสำหรับการใช้งานในเทคโนโลยีการถ่ายภาพสมอง (MRI, PET ฯลฯ) การแสดงภาพสารสื่อประสาท การวินิจฉัย และการรักษาโรคเนื้องอกในสมองและโรคอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับสมอง ในแนวทางต่างๆ เหล่านี้ อุปกรณ์ตรวจสอบจะมีป้ายกำกับว่า radiotracer เช่น ฟลูออรีน-18 สำหรับการถ่ายภาพด้วย PET [70] ในการทบทวนนี้ เราจะหารือถึงความสำเร็จและความท้าทายของการนำผู้ตรวจสอบไปประยุกต์ใช้กับการถ่ายภาพสมองและโรคทางระบบประสาท

2. การตรวจจับระดับโมเลกุล

2.1. การตรวจหาสารพิษต่อระบบประสาท
นิวโรทอกซินเป็นกลุ่มที่มีความหลากหลายทางเคมีของสารประกอบออกฤทธิ์ทางเภสัชวิทยา พวกมันออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ชัดเจนต่อระบบประสาทของสิ่งมีชีวิต แต่แตกต่างกันในโครงสร้างทางเคมีและกลไกการออกฤทธิ์

พวกเขาเปลี่ยนศักยภาพในการดำเนินการและรบกวนการส่งกระแสประสาท เพื่อประเมินความเสี่ยงต่อสุขภาพของมนุษย์และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างเหมาะสม จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องใช้เทคนิคที่มีความละเอียดอ่อนเพียงพอเพื่อการระบุความเสี่ยงที่ถูกต้อง

ผู้ตรวจสอบกรดนิวคลีอิกถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบการมีอยู่ของสารพิษเหล่านี้ในน้ำและตัวอย่างทางชีวภาพที่มีความไวและความสามารถในการคัดเลือกสูง [71] มีรายงานการศึกษาที่แสดงให้เห็นถึงการระบุอย่างถูกต้องของโบทูลินั่มนิวโรทอกซิน (โบทูลินั่ม A, E), แซซิทอกซิน, บรีโวทอกซิน, พาราควอต และเตโตรโดทอกซินโดยแอปตาเซ็นเซอร์

โบทูลินัมนิวโรทอกซิน (BoNTs) เป็นหนึ่งในนิวโรทอกซินที่อันตรายที่สุดและอาจนำไปใช้เป็นสารก่อการร้ายทางชีวภาพได้ เพื่อตอบสนองความต้องการที่สำคัญสำหรับระบบตรวจจับ BoNT ที่ละเอียดอ่อน มีประสิทธิภาพ และแบบเรียลไทม์ จึงมีการใช้ SELEX ที่ใช้โซล-เจลเพื่อแยก DNA aptamers ออกจาก botulinum neurotoxic type E (BoNT-E) [47]

ลำดับของ aptamercandidate หลังจากรอบที่ 5 ได้รับการวิเคราะห์โดย next-gen sequencing (NGS) และมีลักษณะเฉพาะของ aptamer ความถี่สูง ในตระกูลแอปทาเมอร์เหล่านี้ aptamerBT5.6 แสดงความสัมพันธ์สูงที่ 53 นาโนโมลาร์ Kd สำหรับ BoNT-E และถูกตรึงบนแพลตฟอร์มกราฟีนออกไซด์ เซนเซอร์นี้แสดงขีดจำกัดการตรวจจับ (LoD) 0.83 นาโนโมลาร์สำหรับ BoNT-E

Brevoทอกซิน (BTXs) และแซซิทอกซินเป็นสารพิษต่อระบบประสาทจากทะเลที่ทำให้เกิดพิษต่อระบบประสาทจากหอย (NSP) BTX มีลักษณะเฉพาะคือมีความเป็นพิษสูงและการโจมตี NSP อย่างรวดเร็ว ปัญหาทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์ได้สนับสนุนให้นักวิจัยค้นหาวิธีการตรวจหาทางเลือก มีประสิทธิภาพ และราคาถูกสำหรับสารพิษต่อระบบประสาทที่รุนแรงเหล่านี้

เพื่อจุดประสงค์นี้ แอปตาเซ็นเซอร์เคมีไฟฟ้าได้รับการพัฒนาเพื่อตรวจจับ BTX-2 ซึ่งอุปกรณ์ตรวจสอบ DNA ที่เลือกถูกแสดงคุณลักษณะโดยใช้สเปกโทรสโกปีอิมพีแดนซ์เคมีไฟฟ้า (EIS) และฟลูออเรสเซนซ์

แอพทาเมอร์ BT10 ที่มีสัมพรรคภาพ 42 นาโนโมลาร์สำหรับ BTX-2 ถูกรวมเข้าไว้ในไบโอเซนเซอร์อิมเพดิเมทริกแบบแข่งขันที่ไร้ฉลากซึ่งแสดงให้เห็นขีดจำกัดการตรวจจับที่ 95 พิโคโมลาร์ของ BTX-2

แอปตาเซ็นเซอร์นี้สามารถตรวจจับ BTX-2 ในสารสกัดจากหอยที่มีหนามแหลมพร้อมการตอบสนองที่เชื่อถือได้เมื่อมีเมทริกซ์หอย [72] เนื่องจากเป็นสารพิษต่อระบบประสาททางทะเลประเภทที่สอง แซซิทอกซินจึงมีลักษณะเฉพาะที่มีความสำคัญด้านสาธารณสุข

การศึกษานวนิยายจำเป็นต้องได้รับการพัฒนาเป็นทางเลือกที่เหมาะสมเนื่องจากปัญหาด้านเทคนิคและจริยธรรมของระบบที่ประยุกต์ใช้ในปัจจุบัน เพื่อตอบสนองความต้องการนี้ จึงได้มีการพัฒนาเซ็นเซอร์ที่สามารถแข่งขันกับออปติคอลไบโอเลเยอร์อินเทอร์เฟอโรเมทรีแบบไร้ฉลากได้ ไบโอเซนเซอร์มีขีดจำกัดการตรวจจับที่ 1.66 นาโนโมลาร์สำหรับแซซิทอกซิน โดยมีความสามารถในการเลือกและความไวในระดับสูง ความเสถียรของสินค้า และความสามารถในการตรวจจับที่รวดเร็ว [73]

เช่นเดียวกับสารพิษจากทะเล นิวโรทอกซินที่ปล่อยออกมาเมื่อถูกงูกัดถือเป็นสารพิษที่ทรงพลังและอันตรายถึงชีวิตมากที่สุด น่าเสียดายที่การวินิจฉัยโรคงูกัดแบบเดิมๆ โดยอาศัยการตรวจการแข็งตัวของเลือดและอาการทางคลินิกไม่สามารถให้การวินิจฉัยที่แม่นยำได้ นอกจากนี้ ประสิทธิภาพของแอนติบอดีที่ขึ้นกับแบทช์ยังทำให้การใช้แอนติบอดีในการวินิจฉัยมีความซับซ้อนอีกด้วย

เวอร์ชันที่มีสัมพรรคภาพสูงของแอปทาเมอร์ -Tox-FL ที่ถูกตัดทอนแต่เดิมถูกเลือกต้านบันกาโรทอกซินของบังการัส มัลติซินทัส ( -Tox-T2) ด้วยสัมพรรคภาพที่สูงกว่า (Kd=2.8 นาโนโมลาร์) มากกว่าต้นกำเนิด -Tox-FL (18 นาโนโมลาร์) ถูกปรับใช้ในรูปแบบการสอบวิเคราะห์แอปทาเมอร์ที่เชื่อมโยงกับเอนไซม์

ในการตั้งค่านี้ แอปทาเมอร์ -Tox-T2 สามารถตรวจจับ -สารพิษได้ในพิษดิบเพียง 2 นาโนกรัม ซึ่งแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการตรวจหาพิษของ Bungarus caeruleus [74]

2.2. การตรวจหาสารสื่อประสาท

ในการสำรวจความซับซ้อนในการทำงานของสมอง สามารถใช้การติดตามการทำงานของสารสื่อประสาทและเส้นทางการส่งสัญญาณได้ สารสื่อประสาทเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการถ่ายโอนข้อมูลระหว่างเซลล์และมีบทบาทสำคัญในความผิดปกติทางระบบประสาท เช่น โรคลมบ้าหมู โรคพาร์กินสัน (PD) และโรคอัลไซเมอร์ (AD)

ในการศึกษาหลายชิ้น มีการใช้แอปทาเมอร์จำเพาะสำหรับโดปามีน อะดรีนาลีน หรือเซโรโทนินเพื่อพัฒนาไบโอเซนเซอร์ที่ใช้แอปทาเมอร์สำหรับการตรวจจับสารสื่อประสาท ในร่างกาย และในหลอดทดลอง [75]

สารสื่อประสาท catecholamine, dopamine (DA) ควบคุมลักษณะต่างๆ ของการเผาผลาญของมนุษย์ และการทำงานของระบบหัวใจและหลอดเลือด และไต โรคทางระบบประสาทหลายอย่าง โดยเฉพาะ PD แสดงให้เห็นว่ามีความสัมพันธ์โดยตรงกับการเผาผลาญที่ผิดปกติของ DA [76]

ดังนั้นการพัฒนาไบโอเซนเซอร์ที่มีความไวสูงและคัดเลือกมาเพื่อการตรวจวัด DA จึงเป็นระบบทางชีววิทยาที่สำคัญ RNA aptamer ตัวแรกเทียบกับ DA, dopa2, ผูก DA ด้วยความสัมพันธ์ที่แสดงโดย Kd=2.8 nM [77]

การใช้แอปทาเมอร์นี้ แอปเซ็นเซอร์เคมีไฟฟ้าไร้ฉลากที่ใช้ฟิล์มคอมโพสิตกราฟีน–โพลีอะนิลีน สามารถตรวจพบซีรั่มที่ไร้มนุษยธรรมของ DA ได้สำเร็จ โดยมี LoD อยู่ที่ 1.98 pM [78] ในการศึกษาล่าสุด DA aptasensor อีกตัวหนึ่งได้รับการพัฒนาซึ่งประกอบด้วย DNA aptamer เป็นเซ็นเซอร์และคอมโพสิตคอลลาเจนกราฟีนออกไซด์ (GCSC-GO) ของผิวหนังปลาคาร์พหญ้าเป็นตัวแปลงสัญญาณ

คอมโพสิตถูกเตรียมด้วยไวอัลตราโซนิคและแสดงคุณลักษณะด้วยอินฟราเรด (IR) และรามานสเปกโทรสโกปี กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม และ EIS ระบบนี้รวมถึงการตรึงแอปทาเมอร์ให้กับคอลลาเจน ตามด้วยโวลแทมเมทรีแบบพัลส์ดิฟเฟอเรนเชียล

แม้ว่าแอปตาเซ็นเซอร์จะแสดง LoD ที่สูงกว่า 0.75 nM เมื่อเปรียบเทียบกับเซ็นเซอร์รุ่นก่อนหน้าที่มี 2 pM แต่ก็แสดงให้เห็นความสามารถในการเลือกสูงสำหรับสารประกอบที่เกี่ยวข้องกับ DA มากเกินไป และวัด DA ได้อย่างแม่นยำเมื่อมีซีรั่ม 10% [79]

สำหรับการวิเคราะห์โมเลกุลต่างๆ ที่มีฉลากอิสระ ความไวสูง และการเลือกจำเพาะ มีการรายงานเซ็นเซอร์อาร์เรย์ไมโครแคนทิลีเวอร์พร้อมแอปทาเมอร์ เซ็นเซอร์ประกอบด้วยอาร์เรย์ของไมโครแคนติลิเวอร์ 12 ตัวที่ดัดแปลงด้วยแอปทาเมอร์ DA ที่ถูกไทโอเลต และใช้อนุภาคนาโนทองคำ (AuNP) ควบคู่กับส่วนขยายของ DNA ที่เป็นส่วนเสริมของ DAaptamer บนพื้นผิวไมโครแคนทิลิเวอร์

เมื่อผสมเข้ากับ DA aptamer ในขั้นต้น คอนจูเกต AuNP-DNA จะถูกปล่อยออกมาเมื่อ aptamer ผูก DA ซึ่งเพิ่มความเครียดที่พื้นผิวของอาเรย์ประมาณ 15 เท่า และเพิ่มการโก่งตัว

ระบบมีการตอบสนองเชิงเส้นในช่วงตั้งแต่ 0.5 ถึง 4 µM ของ DA โดยมี LoD ที่ 77 nM ความจำเพาะของมันแสดงให้เห็นด้วยแอนะล็อกเชิงโครงสร้างและฟังก์ชัน 12 ตัว รวมถึง L-DOPA ซึ่งไม่มีการโก่งตัวใดเลย [80]

For more information:1950477648nn@gmail.com