Современные методы тестирования на болезни Альцгеймера и Паркинсона требуют спинномозговой пункции и визуализирующих исследований, включая МРТ. В результате раннее выявление заболевания затруднено, поскольку пациенты отказываются от инвазивных процедур. Многие люди с симптомами испытывают трудности с передвижением или у них нет доступа в медицинские учреждения.
Исследователи хотели разработать тест на основе электрического обнаружения, который позволил бы выявлять бета-амилоидные пептиды и тау-пептиды (биомаркеры болезни Альцгеймер) и белки альфа-синуклеина (биомаркеры болезни Паркинсона) неинвазивно, в частности, из слюны и мочи. Устройство должно передавать результаты анализов по беспроводной сети семье пациента и врачам. Чтобы реализовать это, ученые адаптировали устройство, разработанное во время пандемии коронавируса для обнаружения белков, характерных для SARS-CoV-2.
Устройство состоит из чипа с высокочувствительным транзистором, известным как транзистор с эффектом поля (FET). В данном случае каждый транзистор изготовлен из графенового слоя толщиной в один атом. Он также содержит три электрода — электроды истока и стока, подключенные к положительному и отрицательному полюсам батареи для пропускания тока, и воротниковый электрод, который регулирует количество тока, проходящего через устройство.
К устройству подключена ДНК-нить, которая работает как зонд и обладает способностью связываться с определенными белками, такими как бета-амилоид, тау-белок или синуклеин. Когда эти амилоиды связываются с зондом из ДНК, который называется аптамером, это изменяет ток электричества между двумя электродами устройства. Это изменение тока или напряжения является сигналом, который можно использовать для обнаружения специальных маркеров, таких как амилоиды или белки, связанные с COVID-19.
Исследовательская группа протестировала устройство с амилоидными белками, полученными из мозга умерших пациентов с болезнью Альцгеймера и Паркинсона. Эксперименты показали, что биосенсоры способны обнаруживать специфические биомаркеры для обоих состояний с высокой точностью, наравне с существующими методами. Для тестирования потребуется небольшое количество образцов — всего несколько микролитров. Устройство работает корректно, даже когда анализируемые образцы содержат другие белки. Правда, тау-белки обнаружить труднее. Но поскольку устройство рассматривает три разных биомаркера, оно может объединить результаты всех трех, чтобы получить надежный общий результат.
Устройство может быть модифицировано для обнаружения биомаркеров других заболеваний. Следующие шаги включают тестирование плазмы крови и спинномозговой жидкости с помощью устройства, а затем, наконец, анализы слюны и мочи. Испытания будут проводиться в больницах и домах престарелых. Если они пройдут успешно, ученые планируют подать заявку на одобрение регулятора. Конечная цель — вывести устройство на рынок через год.
