一个国际研究团队开发了一种手持式、非侵入性的设备，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结果无线传输到笔记本电脑或智能手机上。
加州大学圣地亚哥分校
11月13日消息
由加州大学圣地亚哥分校（University of California San Diego，UCSD）领导的一个国际研究团队在患者的体外样本上测试了该设备。测试表明，该装置与目前最先进的设备一样准确。最终，研究人员计划用这种生物传感器测试唾液和尿液样本。该设备还可以进行改良，以检测其他疾病的生物标志物。研究人员将他们的发现发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS）上[1]。
研究于2023年11月13日发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》（最新影响因子：11.1）杂志上
该设备依赖于电子而非化学检测，研究人员表示，这更容易实现，也更准确。
该论文的通讯作者之一、UCSD 雅各布斯工程学院（Jacobs School of Engineering）的生物工程、机械工程和材料科学教授 Ratnesh Lal 说：“这种便携式诊断系统将允许在家庭和护理点，如诊所和疗养院，对全球的神经退行性疾病进行检测。”
到 2060 年，大约 1,400 万美国人将患上阿尔茨海默病。其他神经退行性疾病，如帕金森病，也在上升。目前对阿尔茨海默病和帕金森病最先进的检测方法需要进行脊椎穿刺和影像学检查，包括 MRI。而由于患者不愿接受侵入性操作，因此早期发现该病很困难。对于已经出现症状和行动困难的患者以及无法及早进入当地医院或医疗设施的患者，检测也很困难。
Lal 关注的这个领域的一个主流假说是，阿尔茨海默病是由可溶性淀粉样肽引起的，这些淀粉样肽以大分子的形式聚集在一起，进而在大脑中形成离子通道。
Lal 希望开发一种能够非侵入性检测 β-淀粉样蛋白和 tau 蛋白（阿尔茨海默病的生物标志物）以及 α-突触核蛋白（帕金森病的生物标志物）的测试，特别是从唾液和尿液中检测。他希望依靠电子检测而不是化学检测，因为他认为电子检测更容易实现，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患者的家人和医生。该设备是他 30 年专业知识以及与全球研究人员合作的结果，包括来自德克萨斯大学（University of Texas ）和中国的合作作者。
“我正在努力，希望提高这些病人的生活质量，拯救他们的生命，”他说。
为了实现 Lal 的愿景，他和同事改装了他们在 COVID-19 大流行期间开发的一种设备，这种设备用于检测 SARS-CoV-2 活病毒中的刺突蛋白和核蛋白，他们于 2022 年在《美国国家科学院杂志》（PNAS）上[2]描述了这一情况。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。
之前病毒检测设备的研究于2022年6月28日发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》（最新影响因子：11.1）杂志上
这个设备是如何制造的，它是如何工作的
2023 年 PNAS 研究中描述的设备由一个高灵敏度晶体管的芯片组成，通常被称为场效应晶体管（Field effect transistor ，FET）。在这种情况下，每个晶体管都是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——源电极和漏电极，连接到电池的正极和负极，以流动电流，栅电极控制电流量。
与栅极相连的是一条 DNA 单链，它作为探针与 β-淀粉样蛋白、tau 蛋白或突触核蛋白特异性结合。这些淀粉样蛋白与它们的特异性 DNA 链探针（称为适配子）的结合，改变了源电极和漏电极之间的电流流量。电流或电压的变化是用来检测特定生物标志物的信号，如淀粉样蛋白或 COVID-19 蛋白。
研究小组用阿尔茨海默病和帕金森病死者的脑源性淀粉样蛋白测试了该设备。实验表明，该生物传感器能够准确地检测出这两种情况的特定生物标志物，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，这意味着它仅需要少量的样品，最低只有几微升。
此外，测试表明，即使分析的样本含有其他蛋白质，该设备也表现良好。Tau 蛋白较难检测。但由于该设备观察三种不同的生物标志物，它可以将三种结果结合起来，得出一个可靠的整体结果。
该技术已从加州大学圣地亚哥分校授权给一家生物技术初创公司 Ampera Life 。Lal 是该公司的董事长，但他的研究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。测试将在医院和疗养院进行。如果这些测试进展顺利，Ampera Life 计划向 FDA 申请该设备的批准，希望在未来 5-6 个月内，最终目标是在一年内将该设备推向市场。
这项研究的资金来自美国国立卫生研究院（NIH）、加州大学圣地亚哥分校（UCSD）和中国科学院（CAS）。此外，研究人员使用的设施是美国国家科学基金会（NSF）资助的加州大学圣地亚哥材料研究科学与工程中心的一部分。
创立于1960年的加州大学圣地亚哥分校
参考文献
Source：University of California San Diego
This Wireless, Handheld, Non-invasive Device Detects Alzheimer’s and Parkinson’s Biomarkers
References：
[1]. Tyler Andrew Bodily, Anirudh Ramanathan, Shanhong Wei, Abhijith Karkisaval, Nemil Bhatt, Cynthia Jerez, Md Anzarul Haque, Armando Ramil, Prachi Heda, Yi Wang, Sanjeev Kumar, Mikayla Leite, Tie Li, Jianlong Zhao, Ratnesh Lal. In pursuit of degenerative brain disease diagnosis: Dementia biomarkers detected by DNA aptamer-attached portable graphene biosensor. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023; 120 (47) DOI: 10.1073/pnas.2311565120
[2]. Ban DK, Bodily T, Karkisaval AG, Dong Y, Natani S, Ramanathan A, Ramil A, Srivastava S, Bandaru P, Glinsky G, Lal R. Rapid self-test of unprocessed viruses of SARS-CoV-2 and its variants in saliva by portable wireless graphene biosensor. Proc Natl Acad Sci U S A. 2022 Jul 12;119(28):e2206521119. doi: 10.1073/pnas.2206521119. Epub 2022 Jun 28. PMID: 35763566; PMCID: PMC9282385.
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原文标题 : 这种无线、手持式、非侵入性设备检测阿尔茨海默病和帕金森病的生物标志物
