Guldnanonpartiklarna på ytan av denna mottagningsflik ändrar färgen på ljuset som detekteras av instrumentet. Den fångade färgen återspeglar perfekt den exakta koncentrationen av medicinen i blodprovet. Kredit:University of Montreal
På mindre än en minut, en miniatyrenhet utvecklad vid University of Montreal kan mäta en patients blod för metotrexat, ett vanligt använt men potentiellt giftigt cancerläkemedel. Lika exakt och tio gånger billigare än utrustning som för närvarande används på sjukhus, den här enheten i nanoskala har ett optiskt system som snabbt kan mäta den optimala dosen metotrexat som en patient behöver, samtidigt som läkemedlets negativa effekter minimeras. Forskningen leddes av Jean-François Masson och Joelle Pelletier vid universitetets kemiavdelning.
Metotrexat har använts i många år för att behandla vissa cancerformer, bland andra sjukdomar, på grund av dess förmåga att blockera enzymet dihydrofolatreduktas (DHFR). Detta enzym är aktivt i syntesen av DNA-prekursorer och främjar således proliferationen av cancerceller. "Även om det är effektivt, metotrexat är också mycket giftigt och kan skada patienters friska celler, därför är det viktigt att noggrant övervaka läkemedlets koncentration i serumet hos behandlade individer för att justera dosen, " förklarade Masson.
Tills nu, övervakning har gjorts på sjukhus med en anordning som använder fluorescerande bioanalyser för att mäta ljuspolarisering producerad av ett läkemedelsprov. "Den nuvarande enhetens funktion är baserad på en besvärlig, dyr plattform som kräver erfaren personal på grund av de många prover som måste manipuleras, " sa Masson.
Sex år sedan, Joelle Pelletier, en specialist på DHFR-enzymet, och Jean-François Masson, en expert på biomedicinsk instrumentdesign, undersökt hur man kan förenkla mätningen av metotrexatkoncentration hos patienter.
Guldnanopartiklar på behållarens yta ändrar färgen på ljuset som detekteras av instrumentet. Den detekterade färgen återspeglar den exakta koncentrationen av läkemedlet i blodprovet. Under sin forskning, de utvecklade och tillverkade en miniatyriserad enhet som fungerar genom ytplasmonresonans. Ungefär, den mäter koncentrationen av serum (eller blod) metotrexat genom guldnanopartiklar på ytan av en behållare. I "konkurrerande" med metotrexat för att blockera enzymet, guldnanopartiklarna ändrar färgen på ljuset som detekteras av instrumentet. Och färgen på det detekterade ljuset återspeglar den exakta koncentrationen av läkemedlet i blodprovet.
Som preics ännu 10 gånger billigare än nuvarande sjukhusutrustning, den här lilla enheten innehåller ett optiskt system som gör att den snabbt kan identifiera den dos metotrexat som en cancer kräver, minimera läkemedlets oönskade biverkningar. Kredit:University of Montreal
Noggrannheten i de mätningar som tagits av den nya enheten jämfördes med de som producerades av utrustning som används vid Maisonneuve-Rosemont Hospital i Montreal. "Testerna var avgörande:inte bara var mätningarna lika exakta, men vår enhet tog mindre än 60 sekunder att producera resultat, jämfört med 30 minuter för nuvarande enheter, sade Masson. Dessutom, de jämförande testerna utfördes av laboratorietekniker som inte hade erfarenhet av ytplasmonresonans och som inte stötte på större svårigheter med att använda den nya utrustningen eller att få samma avgörande resultat som Masson och hans forskargrupp.
Förutom att producera resultat i realtid, enheten designad av Masson är liten och bärbar och kräver lite manipulation av prover. "Inom en snar framtid, vi kan förutse enheten på läkarmottagningar eller till och med vid sängen, där patienter skulle få individualiserade och optimala doser samtidigt som risken för komplikationer minimerades, " sa Masson. En annan fördel, och en betydande:"Medan traditionell utrustning kräver en investering på cirka 100 USD, 000, den nya mobila enheten skulle troligen kosta tio gånger mindre, runt $10, 000."
