Forskare från SIT, Japan, har designat ett billigt sensorchip med grafitbaserad molekylärt präglad polymer som elektrod. Detta chip kan användas för att detektera och övervaka teofyllinnivåer. Kredit:Yasuo Yoshimi från SIT, Japan
Teofyllin eller THO är en naturlig organisk förening vars molekylära struktur är mycket lik koffein som finns i kaffe och kakao. På grund av dess terapeutiska egenskaper har THO genom åren blivit ett av de mest studerade xantingruppderivaten. THO används för att vidga andningsvägarna hos personer som har svårt att andas, och som muskelavslappnande, anti-astmatiska och urindrivande (läkemedel som används för att öka urinproduktionen och sänka blodtrycket). Det är också känt för att ha antiinflammatoriska och antitumöregenskaper och kan också reglera våra immunsvar.
Även om THO är fördelaktigt vid behandling av ett antal tillstånd, har läkemedlet ett mycket smalt terapeutiskt fönster. Detta innebär att det kan skapa negativa effekter om det administreras över en viss gräns (och den gränsen kan ganska lätt nås). En oavsiktlig eller avsiktlig överdos kan vara mycket giftig och leda till problem som kramper, snabba hjärtslag, excitation av nervsystemet eller till och med dödsfall. Detta gör noggrann övervakning av THO-nivåerna under behandlingen extremt avgörande.
I en ny artikel – som publicerades i volym 27, nummer 8 av Molecules , tillgänglig online den 11 april 2022 – ett team av forskare från Shibaura Institute of Technology (SIT) i Japan beskriver hur de utvecklade en billig och snabb elektrokemisk sensor för THO-detektion. Prof. Yasuo Yoshimi (som är motsvarande författare till artikeln) utvecklar sin motivation för studien:"Konventionell läkemedelsövervakning är beroende av laboratorier utanför sjukhuset för att analysera de molekylära nivåerna av läkemedel i blodet. Vårt reagenslösa avkänningsverktyg kan enkelt detektera THO direkt från helblod på mindre än 3 sekunder, precis som en glukossensor." Den här artikeln är en del av tidskriftens specialnummer med titeln "Molecularly Imprinted Polymers:Impactful Technology vs. Academic Exercise."
Terapeutisk läkemedelsövervakning är väsentlig för att optimera effekterna av behandlingar som kemoterapi, som kräver strikt kontroll över läkemedlets koncentration i patientens blod för att förhindra allvarliga biverkningar. De flesta övervakningstekniker är dock ofta tidskrävande och kräver komplexa procedurer som endast kan utföras av en expert. Detsamma gäller för THO-detektionsmetoder.
För att lindra dessa problem har forskare under åren utvecklat billiga elektrokemiska metoder som är enkla, mycket känsliga och snabba. En av dessa, en klass av elektrokemiska verktyg som nyligen har tagit fart, är molekylärt präglade polymerer (MIP). Dessa verktyg har skräddarsydda molekylära håligheter som kan känna igen och binda till specifika målmolekyler, precis som receptorer i vår egen kropp skulle göra. Deras förmåga att göra det används i stor utsträckning i flera tillämpningar, inklusive läkemedelsdetektion.
I denna studie utvecklade forskarteamet en pappersbaserad THO-sensor för engångsbruk som består av en elektrod gjord av molekylärt präglad grafit. Eftersom MIPs är designade med målmolekylen som mall, använde teamet THO som mall när de utvecklade sensorns kolbaserade elektrodpasta. Den syntetiserade pastan laddades sedan på ett tryckt sensorchip och dess THO-detekteringsförmåga testades.
Sensorn visade sig vara mycket känslig (vilket innebär att den kunde detektera även små mängder THO) och visade stor selektivitet mot läkemedlet. I själva verket kunde sensorn identifiera THO även i prover med THO-koncentrationer så låga som 2,5 µg/ml (µg=mikrogram, dvs. 1/1000 av ett milligram). Och vad mer är, den här sensorn behöver bara 3 sekunder för att upptäcka THO! Det kan göra det även i helblod från nötkreatur.
Denna bärbara, billiga, pålitliga och snabba sensor har långtidsstabilitet och kan användas för realtidsdetektering av läkemedel som THO utan att vi är beroende av sofistikerad utrustning. Dessutom kan tillverkningsstrategin som tillhandahålls i denna studie användas för att utveckla effektiva elektrokemiska sensorer för olika andra kliniska ingrepp. Biträdande professor Aaryashree (som är den första författaren till artikeln) avslutar:"Befintliga metoder för analys av läkemedel i blod är dyra och kräver specialiserad utrustning. Detta kan vara ett problem för utvecklingsländer som hanterar brist på resurser och tekniker Den pappersbaserade sensorn som vi har utvecklat är inte bara lätt att använda utan också ekonomisk och kan minska bördan av läkemedelsanalys i utvecklingsländer. Vidare kan dess prototyp användas för att utveckla ett terapeutiskt läkemedelsövervakningssystem vid sängkanten, vilket kommer att varna oss av någon överdos, undvika biverkningar hos patienter som tar dessa läkemedel." + Utforska vidare
