I ett försök att öka soldatens dödlighet, Arméforskare utvecklar biorecognitionsreceptorer som kan uppnå konsekvent prestanda i miljöer med flera domäner med möjlighet att samla in realtidsbedömningar av soldatens hälsa och prestanda.

"Armén kommer att behöva vara mer anpassningsbar, mer expeditionär och har en logistisk efterfrågan på nästan noll samtidigt som man optimerar körning från individ till grupp i mångfacetterade driftsmiljöer, "sa Dr. Matt Coppock, kemist och teamledare för US Army Combat Capabilities Development Command's Army Research Laboratory, arméns företags forskningslaboratorium som kallas ARL. "Man kan tänka sig att hälso- och prestationsövervakning i realtid, samt att känna av nuvarande och framväxande miljöhot, kan vara en viktig uppsättning verktyg för att göra detta möjligt. "

ARL -forskare, i samarbete med forskare från California Institute of Technology och Indi Molecular, Inc., utvecklat en proteinkatalyserad fångst, eller PCC, agentteknik som förbättrar tidigare versioner av receptorer och kan möjliggöra övervakning av person- och miljödata från soldater i fältet. Forskningen, finansierat av Army's Institute of Collaborative Biotechnologies sedan 2012, presenteras i en omfattande granskningsartikel för Kemiska recensioner .

"PCC -tekniken har visat förbättringar i receptorstabilitet, anpassningsbarhet och tillverkbarhet jämfört med vanliga antikroppsreceptorer, och stöder det soldatdödliga tvärfunktionella teamet som en potentiellt livskraftig teknik för att övervaka soldatprestanda via relevanta biomarkörer som kan samlas in från bärbara sensorer, "Sa Coppock.

Biologiska receptorer är integrerade i en biosensor för att selektivt fånga ett mål av intresse från en komplex blandning som blod, svettas, salvia, etc., att producera den mätbara effekten av sensorn, han sa.

"Utan receptorn, det skulle vara omöjligt att veta att du upptäcker vad du vill upptäcka, "Sa Coppock.

Antikroppar som samlats in från djur injicerade med målet av intresse används som receptorer i biologiska sensorer på grund av deras höga bindningsstyrkor och selektivitet för målet.

"Guldstandardreceptorarbetet är baserat på antikroppar, som är fantastiska på målinfångst och selektivitet, men deras detekteringsförmåga är något begränsad på grund av deras instabilitet, begränsad hållbarhet och variation mellan prestanda, "Sa Coppock.

Forskargruppen utvecklade en annorlunda och mer innovativ strategi.

"Som ett alternativ, peptidbaserade receptorer är mindre, enklare att producera, billigt och mycket mer robust mot miljöbelastningar, samtidigt som de önskvärda bindningsegenskaperna för en antikropp bibehålls, "Sa Coppock.

Receptorer som används av forskargruppen kan behålla nästan all aktivitet efter att ha värmts i en timme vid 90 grader Celsius, medan många antikroppar är helt inaktiva inom några minuter efter uppvärmning till mer än 70 grader Celsius.

"Vi använder ett helt syntetiskt tillvägagångssätt för receptorutveckling, vilket möjliggör mycket mer kontroll över införandet av unika byggstenar för att garantera stabilitet och möjliggöra enkla ändringar för sensorintegration, "Sa Coppock.

Teamet byggde en fullständig infrastruktur med funktioner som gör att de fullt ut kan utveckla syntetiska, peptidbaserade receptorer i huset på laboratoriet, on-demand och i vilken mängd som helst som behövs genom allmänt tillgängliga peptidsyntetisatorer.

"Alla aspekter av tekniken har utvecklats under hela samarbetet som kulminerade i en utvecklingsmetodik med hög kapacitet, "Coppock sa." Dessa aspekter inkluderade omprövning av inriktningsstrategier, uppgradering av bibliotekskonstruktioner, automatisera screeningsteg och samtidigt karakterisera prestanda för upp till 100 olika peptidsekvenser. "

Forskare kan nu helt utveckla en receptor från början till slut på så lite som två till tre veckor när målet av intresse har identifierats, han sa. Denna process tog tidigare cirka fem till sex månader.

"Nuvarande arméprogram pågår för att fastställa viktiga biologiska markörer som korrelerar till soldatens hälsa och prestanda, så att etablera förmågan för snabb utveckling av receptorer gör det möjligt för laboratoriet att hänga med och främja biomarkörens upptäckt och analys, "Sa Coppock.

Teamet noterade att forskning fortsätter att göra design och urvalsprocessen för nya reagenser på ett snabbare sätt för att göra dessa sensorer enklare att tillverka på begäran. Dessutom, ARL samordnar för närvarande ansträngningar för att tillgodose avkänningsbehov i människors prestanda och mat- och vattensäkerhet.

Andra potentiella tillämpningar av dessa receptorer inkluderar övervakning av miljöbiohot, hälsodiagnostik och terapi, vilket kan påverka krigsmannen betydligt.

Denna teknik har väckt stort intresse i arméns vetenskapliga och tekniska samhälle, som andra forskare vid CCDC Soldier Center, CCDC Chemical Biological Center och Army Medical Command.

Tidigare, denna samarbetsforskning har mognat biologiska receptorer från Technology Readiness Level, eller TRL-2, till TRL-4, inklusive framgångsrik integration i flera analysplattformar för robust biologisk avkänning i strama miljöer och reagensövergång till CCDC CBC.