发布日期： 2024年01月03日
来源：PNAS
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接下来的步骤包括用生物传感器测试唾液和尿液样本。
一个国际科学家团队发明了一种手持无创设备，可以检测阿尔茨海默病和帕金森病的生物标志物。这种生物传感器还可以将检测结果无线发送到笔记本电脑或智能手机上。
该设备在患者体外样本上进行了成功的测试，显示出与目前最先进的方法相当的准确性。下一阶段将使用这种生物传感器对唾液和尿液样本进行实验。此外，该设备还有可能用于检测各种其他医疗条件的生物标志物。
研究人员最近在《PNAS》上发表了他们的发现。
该设备依靠电检测而不是化学检测，研究人员表示，电检测更容易实现，也更准确。
该生物传感器由具有高灵敏度晶体管的芯片组成，晶体管由单原子厚度的石墨烯层和连接电池正极和负极的源极和漏极三个电极组成，用于流动电流，以及控制电流量的栅极。
加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院的生物工程、机械工程和材料科学教授、该论文的通讯作者之一Ratnesh Lal说:“这种便携式诊断系统将允许在家里和护理点，如诊所和养老院，对全球的神经退行性疾病进行测试。”
到2060年，大约1400万美国人将患有阿尔茨海默病。其他神经退行性疾病，如帕金森氏症，也在上升。目前最先进的阿尔茨海默病和帕金森病的检测方法需要脊髓穿刺和成像检查，包括核磁共振成像。因此，早期发现疾病是困难的，因为患者对侵入性手术犹豫不决。对于已经出现症状且行动困难的患者以及无法及早前往当地医院或医疗机构的患者，检测也很困难。
Lal关注的这个领域的一个主流假设是，阿尔茨海默病是由可溶性淀粉样肽聚集在一起形成大分子引起的，这些大分子反过来又在大脑中形成离子通道。
Lal希望开发一种能够检测淀粉样蛋白和tau肽(阿尔茨海默氏症的生物标志物)和α -突触核蛋白(帕金森氏症的生物标志物)的非侵入性测试，特别是从唾液和尿液中。他希望依靠电检测而不是化学检测，因为他认为电检测更容易实现，也更准确。他还想制造一种设备，可以将测试结果无线传输给病人的家人和医生。该装置是他三十年专业知识的成果，也是他与全球研究人员合作的成果，其中包括来自德克萨斯州和中国的研究人员。
他说:“我在努力提高生活质量，拯救生命。
为了实现Lal的愿景，他和同事们改造了他们在COVID大流行期间开发的一种设备，以检测活的SARS-CoV-2病毒中的刺突和核蛋白蛋白，他们在2022年的PNAS上描述了这一点。芯片小型化和生物传感器制造的大规模自动化使这一突破成为可能。
2023年PNAS研究中描述的设备由一个具有高灵敏度晶体管的芯片组成，通常称为场效应晶体管(FET)。在这种情况下，每个晶体管由一个单原子厚度的石墨烯层(GFET, G代表石墨烯)和三个电极组成——源极和漏极，连接到电池的正极和负极，以流动电流，以及一个栅极来控制电流的量。
连接到门电极上的是一条DNA链，它作为一种探针，可以特异性地结合淀粉样蛋白、tau蛋白或突触核蛋白。这些淀粉样蛋白与其特定的DNA链探针(称为适体)结合，改变了源极和漏极之间的电流流量。电流或电压的变化是用于检测特定生物标志物(如淀粉样蛋白或COVID-19蛋白)的信号。
研究小组用阿尔茨海默氏症和帕金森症已故患者的脑源性淀粉样蛋白对该设备进行了测试。实验表明，生物传感器能够以极高的准确性检测两种情况下的特定生物标志物，与现有的最先进的方法相当。该设备还可以在极低浓度下工作，这意味着它需要少量的样品-低至几微升。
此外，测试表明，即使分析的样品中含有其他蛋白质，该设备也表现良好。Tau蛋白更难检测。但由于该设备检测的是三种不同的生物标志物，它可以将这三种生物标志物的结果结合起来，得出一个可靠的总体结果。
这项技术已经从加州大学圣地亚哥分校授权给生物技术初创公司Ampera Life。拉尔是该公司的董事长，但他的研究并没有从该公司获得资金支持。
接下来的步骤包括用该设备检测血浆和脑脊液，最后是唾液和尿液样本。测试将在医院和养老院进行。如果这些测试进展顺利，Ampera Life计划在未来五到六个月内申请FDA对该设备的批准。最终目标是在一年内将该设备推向市场。
参考文献:In pursuit of degenerative brain disease diagnosis: Dementia biomarkers detected by DNA aptamer-attached portable graphene biosensor
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