Wann reicht es nicht aus, Billionen von Möglichkeiten zu haben? Anscheinend bei der Herstellung von Aptameren.
Aptamere – kurze DNA- oder RNA-Stränge, die an spezifische Zielrezeptoren binden können – können für die Messung von Metaboliten und Proteinen in der biologischen Forschung, die Identifizierung von Krankheitsmarkern und die Behandlung von Krankheiten unglaublich nützlich sein. Sie verhalten sich ähnlich wie Antikörper, lassen sich jedoch leichter synthetisieren und in Biosensoren integrieren, sind bei Raumtemperatur stabiler, haben eine längere Haltbarkeit und lösen mit weitaus geringerer Wahrscheinlichkeit unerwünschte Immunreaktionen aus.
Obwohl es Aptamere in unzähligen Konfigurationen gibt, ist es schwierig, genau das richtige für eine bestimmte Aufgabe zu finden. Forscher identifizieren Aptamere typischerweise, indem sie riesige Bibliotheken zufällig generierter DNA- oder RNA-Stücke durchsuchen. Das seltene Aptamer, das eine Affinität zum gewünschten Ziel zeigt, kann durch weitere Studien verbessert werden, jedoch nur bis zu einem gewissen Grad. Folglich haben Aptamere in der Biomedizin nur begrenzte Verwendung gefunden.
Aber das könnte sich bald ändern. Milan Stojanovic, Ph.D., Professor für medizinische Wissenschaften, biomedizinische Technik und Systembiologie am Vagelos College of Physicians and Surgeons der Columbia University, und seine Kollegen haben einen besseren Weg zum Aufbau von Aptameren entwickelt. Die Forscher analysierten zunächst, wie einzelne Struktureinheiten innerhalb organischer Verbindungen (funktionelle Gruppen oder Fragmente) zur Bindung innerhalb von 27 Ziel-Aptamer-Paaren beitragen. Die Analyse lieferte neue Erkenntnisse darüber, wie strukturelle Barrieren überwunden werden können, die Aptamere daran hindern, ihre Ziele anzugreifen.
Um den Nutzen ihres Ansatzes zu demonstrieren, schufen die Forscher zwei neue Aptamere mit potenziellen klinischen Anwendungen. Ein Aptamer misst den Blutspiegel der Aminosäure Leucin und könnte beim Neugeborenen-Screening auf Ahornsirup-Urinkrankheit eingesetzt werden, einer Stoffwechselstörung, bei der der Körper Nahrung nicht richtig in Energie umwandeln kann.
Ein weiteres Aptamer erkennt den Blutspiegel des Antimykotikums Voriconazol, das häufig bei immungeschwächten Patienten eingesetzt wird. Hohe Voriconazolspiegel können schwerwiegende Nebenwirkungen wie Gehirn- und Lebertoxizität verursachen. Die beiden neuen Aptamer-basierten Tests haben das Potenzial, bestehende Bluttests für Leucin und Voriconazol zu verbessern.
Der Artikel wird in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft.
Mehr Informationen:
Kyungae Yang et al, Ein durch funktionelle Gruppen gesteuerter Ansatz für Aptamere für kleine Moleküle, Wissenschaft (2023). DOI: 10.1126/science.abn9859