کلید تشخیص سریع مواد مخدر در محل برای کاهش اثرات بحران اعتیاد

تشخیص سریع، در دسترس و بسیار دقیق مواد اعتیادآور مانند مواد افیونی و کوکائین برای کاهش اثرات نامطلوب فردی و اجتماعی اعتیاد حیاتی است، چیزی که سیستم‌های تشخیص مواد فعلی ممکن است برای ارائه آن بسیار طول بکشد. با این حال، نظارت در محل و در زمان واقعی داروهای سوء مصرف شده در سیستم بیمار می تواند پزشکان را قبل از رسیدن به سطوح خطرناک آگاه کند و چنین رویکردی ممکن است دور از دسترس نباشد.

به گفته Slava V. Rotkin، پروفسور مرزی علوم مهندسی و مکانیک با انتصاب در مؤسسه تحقیقات مواد در ایالت پن، روش‌های تشخیص مواد مخدر برای بیماران معتاد به دلیل پیچیدگی سیستم کنونی به اندازه کافی زیرک نیستند. Rotkin یکی از نویسندگان مقاله مروری در مجله نانوتکنولوژی است کم اهمیت که یک راه حل ممکن را مطرح کرد: حسگرهای زیستی.

روتکین گفت: “هدف اول مقاله مروری ما جلب توجه به این مشکل است تا فردی که در زمینه پیشگیری از مواد مخدر کار می کند بتواند به صدها مرجع دسترسی داشته باشد.” “هدف دوم این است که مقالات مروری معمولاً بیشتر از مقاله اصلی خوانده می شوند، ما امیدواریم که بتوانیم از طریق توجه رسانه ها به مخاطبان بیشتری از محققان و عموم مردم دسترسی پیدا کنیم. و ما حسگرهای زیستی را به عنوان راه حل ممکن ارائه می کنیم.”

آمارها اهمیت پزشکی تشخیص بهبود یافته و سریعتر دارو در بدن انسان را نشان می دهد. طبق گزارش CDC، مرگ و میر ناشی از مصرف بیش از حد مواد مخدر در دوره بین سال‌های 2000 تا 2014، 137 درصد افزایش یافته است، از جمله افزایش 200 درصدی در مرگ‌های ناشی از مصرف بیش از حد مواد افیونی مانند مسکن‌های ضد درد و هروئین.

به گفته محققان، یکی از ابزارهای کلیدی برای مبارزه با این اپیدمی اعتیاد، کشف مواد مخدر در مصرف کنندگان است. روش کلاسیک مبتنی بر آزمایشگاه برای نظارت بر وجود دارو در خون یا ادرار بیماران، که از آزمایش‌های رنگی ساده شیمیایی مانند کروماتوگرافی لایه نازک تا روش‌های پیچیده‌تر مانند کروماتوگرافی گازی – طیف‌سنجی جرمی متغیر است، قابل اعتماد و دقیق هستند. با این حال، آنها نیاز به ارسال نمونه به خارج از محل دارند که فرآیندی زمان بر و پرهزینه است. یک روش سریع، کم‌هزینه‌تر و ثابت‌تر برای نظارت بر مصرف احتمالی دارو، می‌تواند پزشکان را قبل از مصرف بیش از حد بیمار آگاه کند.

روتکین گفت: “اگر تجزیه و تحلیل بسیار گران است، پس باید تعداد دفعات تجزیه و تحلیل را محدود کنید.” “این باید ارزان، موثر و ساده باشد. تا حد امکان ساده باشد، زیرا شما باید نمونه خون را از بیمار بگیرید، و سپس باید خون را تمیز کنید، نمونه ها را آماده کنید و یک ساعت از وقت متخصص را از راه دور بگیرید. آزمایشگاه. این می تواند هزینه زیادی داشته باشد و بنابراین شما نمی توانید به طور منظم به تجزیه و تحلیل بروید مگر اینکه بسیار بسیار ضروری باشد. اما برای اعتیاد، باید این کار را بیشتر انجام دهید، فقط به این دلیل که مشکل بسیار حاد است.”

در مقاله مروری، تیم بین‌المللی محققین از جمله Rotkin 203 مرجع را به مجموعه بزرگی از مقالات تحقیقاتی فهرست کرده‌اند که نشان می‌دهد حسگرهای زیستی پتانسیل زیادی برای رویارویی با این چالش‌ها دارند. حسگرهای زیستی به طور بالقوه می توانند این مشکل را با ارائه تجزیه و تحلیل با حساسیت بالا و کم هزینه از یک بیمار به طور مداوم حل کنند. یک دستگاه حسگر زیستی شامل یک حسگر کوچک است که در معرض یک ماده بیولوژیکی قرار می گیرد و در پاسخ به محرک زیستی سیگنال شیمیایی، نوری یا الکتریکی تولید می کند. طراحی این حسگرهای زیستی در طول دو دهه گذشته به طور قابل توجهی تکامل یافته است و به شکل حسگرهای گلوکز بدون نسخه برای بیماران دیابتی و تست های بارداری خانگی در بازار ظاهر شده اند. با این حال، برای نوع حسگرهای مورد نیاز برای تشخیص دارو، روتکین و همکارانش خاطرنشان کردند که یک مشکل وجود دارد: اندازه.

روتکین می‌گوید: «بر اساس آنچه که در حال حاضر در حسگرهای زیستی داریم، ما شبیه همان چیزی هستیم که در اوایل دهه 1990 در مورد تلفن‌های همراه وجود داشت. ما از این تلفن‌های همراه بزرگ استفاده می‌کردیم که در آن زمان به اندازه تلفن ثابت معمولی بودند و شما برای حمل آن به یک کیف نیاز داشتید.»

استفاده از نانومواد نویدبخش است و به طور بالقوه می تواند حسگر زیستی را برای تشخیص مواد افیونی و کوکائین فعال کند که به اندازه کافی کوچک باشد تا در بانداژ گنجانده شود. این نانومواد بستری برای گیرنده‌های زیستی فراهم می‌کند و «نانو معماری» را فراهم می‌کند که بر روی آن دستگاه‌های تشخیص بسیار حساس، سریع و کوچک ساخته می‌شود.

مقاله مروری سنسورهای مبتنی بر آپتامر را برای تشخیص دارو پیشنهاد کرد. آپتامرها توالی کوتاهی از RNA، DNA یا پپتیدها هستند. مولکول های آپتامر را می توان به طور خاص به عنوان عناصر شناسایی برای حسگرهای زیستی مهندسی کرد. ویژگی هایی مانند اندازه بسیار کوچک، فرآیند تولید سریع و کم هزینه، زیست سازگاری و پایداری بالا آنها را برای چنین حسگرهای زیستی ایده آل می کند.

روتکین گفت: «در این مقاله، تمام فناوری‌های موجود را شرح دادیم و جوانب مثبت و منفی را ارزیابی کردیم. “این شامل تعداد زیادی از حسگرهایی است که در حال حاضر بر اساس تشخیص الکتروشیمیایی وجود دارد، که بسیار ساده و ارزان هستند. اما به دلیل استحکام آن، به این معنی که می تواند هر چیزی را تشخیص دهد، پس سوال این است که آیا می توانید انتخابی باشید و آن را به طور خاص بر روی آنچه تمرکز کنید. در اینجا آپتامرهایی که برای انتخابی طراحی شده اند، کمک می کنند.”

در میان فناوری‌های دیگری که آن‌ها مورد بررسی قرار دادند، سنجش نوری بود که بر اساس تغییر خواص نوری توسط محرکی کار می‌کند که سیگنالی متناسب با غلظت یک ماده یا «اثرانگشت» نوری آن تولید می‌کند. روتکین با محققان دانشگاه کارولینای شمالی-گرین‌بورو بر روی چنین دستگاه‌هایی با استفاده از ساختارهای ناهمسان مواد دوبعدی همکاری می‌کند.

حسگرهای دیگری که آنها بررسی کردند شامل حسگرهای میکروسیال بود که فقط به حجم کمی از نمونه ها برای تجزیه و تحلیل نیاز دارند. سنسورهای پیزوالکتریک که به تنش مکانیکی اعمال شده پاسخ می دهند. و حسگرهای الکترومکانیکی، که برای محققین جذاب هستند زیرا انعطاف پذیر هستند و می توانند ترکیبات و ذرات با اندازه میکرو را تشخیص دهند.

نویسندگان مقاله مروری به این نتیجه رسیدند که موانع اصلی برای ایجاد چنین حسگرهای زیستی کوچک و پوشیدنی برای بیماران معتاد شامل نیاز به بهبود باروری حسگرهای زیستی، به‌ویژه هنگام تجزیه و تحلیل محیط‌های نمونه پیچیده، و توانایی تولید حسگری است که این کار را انجام می‌دهد. برای تجزیه و تحلیل نمونه ها نیازی به پیش تصفیه ندارند. علاوه بر این، نویسندگان به این نتیجه رسیدند که بودجه بیشتری برای توسعه حسگرهای زیستی قابل فروش با قیمت پایین و پارامترهای تحلیلی صحیح مورد نیاز است.

روتکین گفت: “شما به مقدار مناسبی از بودجه نیاز دارید تا این حسگر زیستی قابل عرضه به بازار بیاید.” “و این همیشه یک چالش است. بنابراین، من و نویسندگان همکارم امیدواریم که شاید وقتی مردم این بررسی را می بینند، در یک مقاله به آنها اجازه دهد ببینند مردم چه کاری انجام داده اند. شاید آنها بتوانند یکی از حسگرهای تحقیق شده را دنبال کنند. تایپ کنید و جلو بروید تا محصول واقعی را بدست آوریم.”

نویسندگان مقاله اظهار داشتند که حسگرهای زیستی برای نظارت شخصی و در محل بر مواد مخدر مورد سوء استفاده ممکن است در دهه آینده ظاهر شوند.

روتکین گفت: “این کاری نیست که هرکسی بتواند در آزمایشگاه خود انجام دهد، بنابراین ایجاد یک محصول نهایی مدتی طول می کشد.” “و سپس به تایید FDA نیاز دارید، که یک سال دیگر طول می کشد، و سپس باید آن را تولید کنید. من تخمین می زنم که کل چرخه ممکن است تا 10 سال طول بکشد. شاید بتوان آن را از طریق یک شرکت اسپین آف توسعه و به بازار عرضه کرد. در دانشگاه ایجاد شد، و اتفاقاً ما یک انکوباتور داریم – ایالت پن را اختراع کنید.