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師大新聞

2024.0701

帕金森氏症治療的關鍵密碼:新酵素技術即時監測左旋多巴濃度

臺灣約有5到10萬名的帕金森氏症患者,目前仍無藥可癒。左旋多巴是治療帕金森氏症的重要藥物,用藥濃度卻不易控制,當濃度一高,容易產生噁心、想吐的副作用。國立臺灣師範大學化學系教授葉怡均研究團隊,透過嗜熱細菌鏈黴菌(Streptomyces sclerotialus)的新型熱穩定酶,利用紅色螢光訊號,在短短30分鐘內檢測左旋多巴的存在,有望提升左旋多巴治療的安全性。

帕金森氏症好發於60歲以上長者,是一種動作障礙的疾病,當大腦底部基底核(basal ganglia)以及黑質(substantial nigra)腦細胞快速退化,無法製造足夠的神經傳導物質多巴胺(Dopamine),臨床上就會出現各種運動障礙症狀。當濃度不足,就需靠藥物補足,但多巴胺無法穿越血腦屏障,因此必須使用多巴胺的前驅物「左旋多巴」,當它在腦內經酵素轉換成多巴胺後才能達到治療效果,也是目前被公認最有效的治療藥物。

葉怡均的實驗室主要在做合成生物化學,且多接觸與帕金森氏有關的神經傳導物質。與普通化學不同的是,普通化學是將小分子合成做大,合成生物化學則利用諸如細菌的生物體,藉由細菌自我複製的特性,把它改造成有用的東西,更不必像化學分子一樣,每次實驗前都需要重新做反應。

一般來說,醫生會依患者體重、年齡給予不同的左旋多巴劑量,但每個人代謝快慢不同,左旋多巴濃度又難以監控。現今醫療已走向「個人化醫療」,葉怡均說明,實驗室希望開發低成本、高即時性的檢測工具,讓帕金森氏症患者能獲得即時性的藥物濃度監測,但患者不可能在家培養細菌,多巴胺的化學結構又與左旋多巴非常相似,要檢測結構相似的兩種物質,技術上一直難以突破。

但若多巴胺與左旋多巴不做「前處理」,濃度檢測就容易失真。研究團隊成功將嗜熱細菌鏈黴菌(Streptomyces sclerotialus)的新型熱穩定酶,即2,3-多巴雙加氧酶(2,3-Dopa-dioxygenase),首次應用在檢測左旋多巴,成為發展基於蛋白質和細胞的生物感測器的理想工具。

實驗室透過雙色螢光訊號的連續分析方法,高靈敏度地檢測多巴胺和左旋多巴共存,也克服了傳統檢測方法難以區分結構相似分子的挑戰。這個做法克服了前期萃取的困境,成功利用紅色螢光訊號在短短30分鐘內檢測左旋多巴,即時監測接受左旋多巴治療的帕金森氏症患者的治療情況,有望提供帕金森氏症患者更即時、有效、安全的快篩選擇。

但從研究初想,一直到做出研究成果,研究團隊至少耗時了五年。葉怡均回顧,每項研究都會花上不少時間,只要任何一個環節出現失誤,實驗就不會成功,因次過程中花費很多時間來克服失敗、嘗試錯誤,中間也曾調整過實驗方法。她說,這項研究是很多屆碩士生一起努力獲得的成果,花費的時間與心力難以量化。

葉怡均表示,這項研究將提供臨床醫療一項檢測工具,為帕金森氏症的臨床治療監測,提供了新的可能性,有望大幅度地改善患者生活品質。但目前尚未走到臨床應用,僅使用牛、馬血清,以及市售人工尿液來進行檢驗,不過這項系統的穩健性和適用性,也已在血清中成功獲得驗證。

臺灣已有超過四分之一縣市邁入超高齡社會,葉怡均說,若實驗室提供的這項基礎檢測工具可行,確實有機會提供帕金森氏症患者更經濟實惠、易操作且安全的濃度監測方法,除了有望提升患者的生活品質,同時也為基於酶的生物感測器,在臨床應用開闢了新的方向。(撰文:公共事務中心)

原文出處:Chang, C. W., Lin, Y. H., Tsai, C. H., Kulandaivel, S., & Yeh, Y. C.(2022).Sequential detection of dopamine and L-DOPA by a 2,3-dopa-dioxygenase from Streptomyces sclerotialus.Analytica Chimica Acta, 1202, 339641. https://doi.org/10.1016/j.aca.2022.339641