在一項新的研究中，來自德國馬克斯-普朗克醫(yī)學(xué)研究所、海德堡大學(xué)兒童醫(yī)院、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院和洛桑大學(xué)醫(yī)院的研究人員開發(fā)出一種新型生物傳感器，它能夠利用一滴血準(zhǔn)確地定量測試代謝物濃度。這種方法的準(zhǔn)確性和簡單性可能讓它成為一種診斷和監(jiān)測多種疾病的首選工具。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年9月14日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Semisynthetic sensor proteins enable metabolic assays at the point of care”。論文通信作者為馬克斯-普朗克醫(yī)學(xué)研究所的Kai Johnsson教授。

疾病或損傷能夠?qū)е卵褐械拇x物水平發(fā)生顯著變化，其中代謝物是人體新陳代謝產(chǎn)生的化合物。比如，血液中增加的苯丙氨酸水平是遺傳疾病苯丙酮尿癥（PKU）的一種典型特征?；加蠵KU的嬰兒中的血液苯丙氨酸水平需要通過飲食加以控制，以避免不可逆的大腦損傷。因此，必須能夠定期監(jiān)測血液中的苯丙氨酸水平。

然而，這種監(jiān)測當(dāng)前需要將血液樣品送到實驗室，而且結(jié)果需要幾天才能到達(dá)患者手中。這種延遲常常使PKU患者及其醫(yī)生對疾病的管理復(fù)雜化。如果能夠即時測試（POCT）疾病相關(guān)代謝物的血液濃度（理想情況下由患者自己開展），則對多種疾病的治療就可能得到改善。

為了解決這個問題，這些研究人員開發(fā)出一種在幾分鐘內(nèi)測量少量血樣中代謝物濃度的方法。這種方法已在海德堡大學(xué)兒童醫(yī)院和洛桑大學(xué)醫(yī)院的患者中得到驗證。

分子工程

論文第一作者、馬克斯-普朗克醫(yī)學(xué)研究所化學(xué)生物學(xué)系研究員Qiuliyang Yu說，“我們介紹了一種通過血液分析測量代謝物的全新機(jī)制。我們開發(fā)出一種新的分子工具，而不是將現(xiàn)有技術(shù)小型化。”這種分子工具是一種發(fā)光蛋白，它在還原的輔因子煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, 縮寫為NADPH）的存在下會改變顏色。NADPH分子能夠在對感興趣的代謝物特異性的酶催化反應(yīng)中產(chǎn)生，這意味著能夠通過分析發(fā)出的光的顏色來確定代謝物濃度。通過使用不同的酶催化反應(yīng)，這種新型的生物傳感器就能夠?qū)Ρ奖彼帷⒐劝彼岷推咸烟堑雀鞣N代謝物進(jìn)行定量測定。

快速而且準(zhǔn)確

事實上，這種方法是非常簡單的。就苯丙氨酸而言，通過無痛手指刺破從患者身上取出一滴血。然后將一部分血液樣品加入反應(yīng)緩沖液中并且將它添加到含有這種生物傳感器的試條上。當(dāng)苯丙氨酸被消耗和NADPH產(chǎn)生時，這種生物傳感器發(fā)出的光會呈現(xiàn)出從藍(lán)色變?yōu)榧t色的顏色變化---這種變化可通過日常的數(shù)碼相機(jī)或智能手機(jī)加以檢測。隨后這種顏色變化就被用來計算苯丙氨酸濃度。

這種方法的整個過程僅需10到15分鐘，能夠做到即時測試（POCT），而且所需的血液量僅為0.5μl。它是如此簡單和準(zhǔn)確以至于患者最終應(yīng)當(dāng)能夠自我測試，這是科學(xué)家正在追求的目標(biāo)。Yu總結(jié)道，“我們?nèi)缃裾趯ふ疫M(jìn)一步自動化和簡化這種測試的方法。”

參考資料：Qiuliyang Yu1,2, Lin Xue1, Julien Hiblot et al. Semisynthetic sensor proteins enable metabolic assays at the point of care. Science, 14 Sep 2018, 361(6407):1122-1126, doi:10.1126/science.aat7992.

原標(biāo)題：Science：新型生物傳感器在15分鐘內(nèi)定量檢測一滴血中的代謝物濃度