Новые датчики мгновенно обнаруживают микроскопическое количество наркотиков даже в смесях веществ

Исследователи из Университета штата Северная Каролина (NCSU) разработали новое поколение высокоэффективных ДНК-аптамеров и высокоточных наркодатчиков на кокаин и другие опиоиды. Аптамеры — олигонуклеотидные (с короткими фрагментами ДНК или РНК) или пептидные (построены из цепочек двух и более остатков аминокислот) молекулы, которые специфическим образом, то есть избирательно, связываются с определёнными молекулами-мишенями.


Датчики специфичны для наркотиков и могут выявлять остаточные количества фентанила (синтетического опиоидного анальгетика), героина и кокаина, даже когда эти наркотики смешаны с прочими наркотиками или с примесями, такими как кофеин, сахар или новокаин.

И Сяо, профессор химии в NCSU, рассказал, что сейчас правоохранители используют очень старую технологию. То есть всё ещё применяемые тесты на наркотики основаны на химических реакциях, разработанных столетие тому назад. Но дело не в давности методов: существующие тесты на наркотики малоспецифичны, то есть реагируют на соединения, которые могут и не быть тем наркотиком, который требуется обнаружить.

Так, распространённый аптамерный тест на кокаин недостаточно чувствителен и специфичен, чтобы с его помощью можно было обнаружить наркотик в крови. Напротив, разработанные в NCSU датчики способны обнаруживать кокаин в крови на наноуровнях, то есть их чувствительность несоизмеримо выше.

В двух научных проектах на эту тему И Сяо возглавлял разработку датчиков на основе аптамеров для кокаина, героина, кодеина, фентанила и других запрещённых веществ.

Аптамер — это короткая одиночная нить одной из двух органических кислот, ДНК или РНК, которая связывается с определённой молекулой и не будет взаимодействовать с молекулами, отличными от целевой. Исследователи учились выявлять «запрещёнку», добавляя определённую молекулу наркотика. Например, вносили кокаин в смесь из сотен триллионов разрозненных последовательностей ДНК. Затем определяли, какой аптамер связывается с молекулой наркотика. Обтин Алхамис, аспирант NCSU, сказал, что процесс можно сравнить с обработкой речных отложений в поисках золота.

Затем учёные протестировали аптамеры, специфичные к различным соединениям, на крови после употребления лекарств. Цель — определить, могут ли они идентифицировать определённые наркотики в образцах.

Команда Сяо использовала аптамер кокаина для обнаружения этого наркотика в сыворотке крови на уровне 10 наномолярных концентраций, что эквивалентно 30 нанограммам на миллилитр или 30 частям на миллиард. И это в 1000 раз точнее, чем лучший предыдущий аптамерный тест.

Кроме того, сотрудники Калифорнийского университета в Санта-Барбаре смогли внедрить аптамер в электрод, который может измерять концентрацию препарата в крови, причём прямо в венах крыс в режиме реального времени каждые 10 секунд на протяжении двух часов. И это было первое исследование воздействия наркотика с разрешением по времени, измеряемым в секундах.

Также в датчики включили аптамеры, специфичные для опиоидов. В результате появилась возможность обнаруживать героин и оксикодон в растворе при содержании всего 0,5 микромоля (мкм), то есть на уровне десяти в минус шестой степени.

Так в итоге удалось настроить колориметрический тест, который меняет цвет при обнаружении определённых веществ. Новый вид анализов также позволил за считанные секунды обнаружить опиоиды в сложных образцах, включая «мешанину» после приёма таблеток и наркотиков. Для сравнения, стандартный тест, используемый полицейскими и судебно-медицинскими лабораториями, не смог обнаружить опиоиды в аналогичных смесях.

Что касается практического массового применения, то разработанные аптамеры могут производиться массово, имеют длительный срок хранения и легко поддаются химической модификации. А это значит, отметил Сяо, что их можно использовать для любого типа химических датчиков, то есть тест-полосок для самых разных нужд. Например, быстро определить в неотложке полную картину отравления даже у бесчувственного пациента.