In minder dan een minuut, een miniatuurapparaat ontwikkeld aan de Universiteit van Montreal kan het bloed van een patiënt meten voor methotrexaat, een veelgebruikt maar potentieel toxisch kankermedicijn. Net zo nauwkeurig en tien keer goedkoper dan de apparatuur die momenteel in ziekenhuizen wordt gebruikt, dit apparaat op nanoschaal heeft een optisch systeem dat snel de optimale dosis methotrexaat kan meten die een patiënt nodig heeft, terwijl de bijwerkingen van het medicijn worden geminimaliseerd. Het onderzoek werd geleid door Jean-François Masson en Joelle Pelletier van het departement Scheikunde van de universiteit.

Methotrexaat wordt al vele jaren gebruikt om bepaalde vormen van kanker te behandelen, onder andere ziekten, vanwege zijn vermogen om het enzym dihydrofolaatreductase (DHFR) te blokkeren. Dit enzym is actief bij de synthese van DNA-precursoren en bevordert zo de proliferatie van kankercellen. "Hoewel effectief, methotrexaat is ook zeer giftig en kan de gezonde cellen van patiënten beschadigen, vandaar het belang van nauwlettend toezicht op de concentratie van het geneesmiddel in het serum van behandelde personen om de dosering aan te passen, ’ legde Masson uit.

Tot nu, monitoring is gedaan in ziekenhuizen met een apparaat dat fluorescerende bioassays gebruikt om de lichtpolarisatie te meten die door een medicijnmonster wordt geproduceerd. "De werking van het huidige apparaat is gebaseerd op een omslachtige, duur platform dat ervaren personeel vereist vanwege de vele monsters die moeten worden gemanipuleerd, ' zei Masson.

Zes jaar geleden, Joelle Pelletier, een specialist van het DHFR-enzym, en Jean-François Masson, een expert in het ontwerpen van biomedische instrumenten, onderzocht hoe het meten van de methotrexaatconcentratie bij patiënten kan worden vereenvoudigd.

Gouden nanodeeltjes op het oppervlak van de houder veranderen de kleur van het licht dat door het instrument wordt gedetecteerd. De gedetecteerde kleur weerspiegelt de exacte concentratie van het medicijn in het bloedmonster. In de loop van hun onderzoek hebben ze ontwikkelden en vervaardigden een geminiaturiseerd apparaat dat werkt door oppervlakteplasmonresonantie. Ongeveer, het meet de concentratie van serum (of bloed) methotrexaat door gouden nanodeeltjes op het oppervlak van een vergaarbak. In "concurreren" met methotrexaat om het enzym te blokkeren, de gouden nanodeeltjes veranderen de kleur van het licht dat door het instrument wordt gedetecteerd. En de kleur van het gedetecteerde licht weerspiegelt de exacte concentratie van het medicijn in het bloedmonster.

De nauwkeurigheid van de metingen van het nieuwe apparaat werden vergeleken met die van apparatuur die werd gebruikt in het Maisonneuve-Rosemont Hospital in Montreal. "De tests waren overtuigend:niet alleen waren de metingen zo nauwkeurig, maar ons apparaat had minder dan 60 seconden nodig om resultaten te produceren, vergeleken met 30 minuten voor huidige apparaten, "zei Masson. Bovendien, de vergelijkende tests werden uitgevoerd door laboratoriumtechnici die geen ervaring hadden met oppervlakteplasmonresonantie en die geen grote problemen ondervonden bij het bedienen van de nieuwe apparatuur of het verkrijgen van dezelfde overtuigende resultaten als Masson en zijn onderzoeksteam.

Naast het realtime produceren van resultaten, het door Masson ontworpen apparaat is klein en draagbaar en vereist weinig manipulatie van monsters. "In de nabije toekomst, we kunnen het apparaat voorzien in dokterspraktijken of zelfs aan het bed, waar patiënten geïndividualiseerde en optimale doses zouden krijgen terwijl het risico op complicaties wordt geminimaliseerd, " zei Masson. Nog een voordeel, en een aanzienlijke:"Terwijl traditionele apparatuur een investering van ongeveer $ 100 vereist, 000, het nieuwe mobiele apparaat zou waarschijnlijk tien keer minder kosten, ongeveer $ 10, 000."