Аптамеры в ранней диагностике заболеваний: современные подходы к детекции протеомных биомаркеров

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Раннее выявление заболеваний является важным фактором успешного лечения, обуславливающего снижение негативных последствий как для пациента, так и общества в целом. Одна из стратегий ранней диагностики заключается в поиске молекул, изменение концентрации которых в биологических образцах свидетельствует о начале развития патогенного процесса. Такие индикаторы заболеваний называют биомаркерами. Значительный интерес исследователей сосредоточен на динамических изменениях протеома, которые точно отражают состояние организма в том числе на фоне болезни или терапии. Среди методов исследования протеома в целом и отдельных белковых биомаркеров болезней большое значение занимают диагностические системы, основанные на использовании антител. Параллельно развиваются подходы, в которых в качестве детектора применяются другие типы соединений.

Аптамеры, или химические антитела, представляют собой определённым образом структурированные олигонуклеотиды или пептиды, которые способны с высокой специфичностью связываться с мишенью. К настоящему времени во многих исследованиях продемонстрирован большой потенциал применения аптамеров при создании как диагностических платформ, так и средств доставки лекарств или способа терапевтического воздействия.

В обзоре систематизирована информация о биохимических основах и методах получения олигонуклеотидных аптамеров через систематическую эволюцию лигандов путем экспоненциального обогащения (SELEX), их модификацию. Рассмотрены сравнительные преимущества аптамеров перед другими антителами (синтетическая природа, термостабильность, низкая иммуногенность, экономичность), интеграция в различные диагностические платформы (электрохимические, оптические и масс-чувствительные биосенсоры), мультиплексные технологии на основе аптамеров (SomaScan). Проанализированы примеры успешного применения аптасенсоров для раннего выявления онкологических (рак легких, мочевого пузыря, молочной железы, лейкемии), инфекционных (SARS-CoV-2, вирусы гепатита), нейродегенеративных (болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона) и сердечно-сосудистых патологий. Обсуждаются текущие ограничения технологии (чувствительность к нуклеазам, быстрое выведение, отсутствие стандартизации, регуляторные барьеры) и перспективные направления развития, включая интеграцию с искусственным интеллектом, микрофлюидикой, портативными диагностическим устройствами на месте оказания помощи и персонализированными диагностическими решениями, что открывает путь к созданию точных и доступных систем раннего выявления заболеваний.

Собранные материалы дают повод рассматривать аптамеры в качестве возможной альтернативы более традиционным для научной и клинической практики антителам.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. В. Доброхотов

ФГБНУ «Российский научный центр хирургии имени академика Б.В. Петровского»

Email: e-yakushenko@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8831-4781
SPIN-код: 3465-7904

к.м.н., ст. науч. сотрудник, группа биомаркеров старения, лаборатория механизмов долголетия, Институт биологии старения и медицины здорового долголетия с клиникой превентивной медицины

Россия, 117418, г. Москва, ул. Цюрупы, д.3

Е. В. Якушенко

ФГБНУ «Российский научный центр хирургии имени академика Б.В. Петровского»

Автор, ответственный за переписку.
Email: e-yakushenko@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5048-9188
SPIN-код: 2098-6017

д.м.н., вед. науч. сотрудник, группа биомаркеров старения, лаборатория механизмов долголетия, Институт биологии старения и медицины здорового долголетия с клиникой превентивной медицины

Россия, 117418, г. Москва, ул. Цюрупы, д.3

А. А. Москалев

ФГБНУ «Российский научный центр хирургии имени академика Б.В. Петровского»

Email: amoskalev@med.ru
ORCID iD: 0000-0002-3248-1633
SPIN-код: 7012-7456

д.б.н., профессор, член-корр. РАН, директор, Институт биологии старения и медицины здорового долголетия с клиникой превентивной медицины

Россия, 117418, г. Москва, ул. Цюрупы, д.3

Список литературы

  1. Kliuchnikova A.A., Ilgisonis E.V., Archakov A.I. et al. Systematic Review. Int J Mol Sci. 2024; 25(23). doi: 10.3390/ijms252312634.
  2. Santos R., Ursu O., Gaulton A., Bento A.P. et al. A comprehensive map of molecular drug targets. Nat Rev Drug Discov. 2017;16(1):19–34. doi: 10.1038/nrd.2016.230.
  3. Соловаров И.С., Хаснатинов М.А., Ляпунова Н.А. и др. Разработка подходов к селекции ДНК-аптамеров на основе мембранной ультрафильтрации комплекса аптамер – мишень. Acta Biomedica Scientifica. 2022; 7(6): 119–127. doi: 10.29413/ABS.2022-7.6.12. [Solovarov I.S., Khasnatinov M.A., Liapunova N.A. et al. Development of DNA aptamer selection approach based on membrane ultrafiltration of aptamer/target complex. Acta Biomedica Scientifica. 2022; 7(6): 119–127. (In Russ.)].
  4. Субач М.Ф., Хренова М.Г., Зверева М.Э. Современные методы химической модификации аптамеров и принципы выбора библиотек аптамеров. Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2024; 65(2): 78–86. doi: 10.55959/MSU0579-9384-2-2024-65-2-78-86. [Subach M.F., Khrenova M.G., Zvereva M.I. Modern methods of aptamer chemical modification And principles of aptamer library selection. Vestn. Mosk. un-ta. Ser. 2. Chemistry. 2024; 65(2): 78–86. (In Russ.)].
  5. Fallah A., Imani Fooladi A.A., Havaei S.A. et al. Recent advances in aptamer discovery, modification and improving performance. Biochem Biophys Rep. 2024; 40: 101852. doi: 10.1016/j.bbrep.2024.101852.
  6. Chung Y.D., Tsai Y.C., Wang C.H., Lee G.B. Aptamer selection via versatile microfluidic platforms and their diverse applications. Lab Chip. 2025; 25(5): 1047–80. doi: 10.1039/d4lc00859f.
  7. Wu Z., Yao W., Chen J. et al. Droplet digital PCR-based single aptamer selection. Talanta. 2025; 292: 127924. doi: 10.1016/j.talanta.2025.127924.
  8. Buglak A.A., Samokhvalov A.V., Zherdev A.V. et al. Methods and Applications of In Silico Aptamer Design and Modeling. Int J Mol Sci. 2020; 21(22). doi: 10.3390/ijms21228420.
  9. Chen Z., Hu L., Zhang B.T. Lu A. et al. Artificial Intelligence in Aptamer-Target Binding Prediction. Int J Mol Sci. 2021; 22(7). doi: 10.3390/ijms22073605.
  10. Traber G.M., Yu A.M. RNAi-Based Therapeutics and Novel RNA Bioengineering Technologies. J Pharmacol Exp Ther. 2023; 384(1): 133–54. doi: 10.1124/jpet.122.001234.
  11. Alsaidan O.A. Recent advancements in aptamers as promising nanotool for therapeutic and diagnostic applications. Anal Biochem. 2025; 702: 115844. doi: 10.1016/j.ab.2025.115844.
  12. Hu Y.Y., Yang G., Qu F. Research advances in non-immobilized aptamer screening techniques for small-molecule targets. Se Pu. 2025; 43(4): 297–308. doi: 10.3724/SP.J.1123.2024.04012.
  13. Domsicova M., Korcekova J., Poturnayova A. et al. New Insights into Aptamers: An Alternative to Antibodies in the Detection of Molecular Biomarkers. Int J Mol Sci. 2024; 25(13). doi: 10.3390/ijms25136833.
  14. Yang L.F., Ling M., Kacherovsky N. et al. Aptamers 101: aptamer discovery and in vitro applications in biosensors and separations. Chem Sci. 2023; 14(19): 4961–78. doi: 10.1039/d3sc00439b.
  15. Liu R., Li J, Salena B.J., Li Y. Aptamer and DNAzyme Based Colorimetric Biosensors for Pathogen Detection. Angew Chem Int Ed Engl. 2025; 64(4): e202418725. doi: 10.1002/anie.202418725.
  16. Sakib S., Bajaj K., Sen P. et al. Comparative Analysis of Machine Learning Algorithms Used for Translating Aptamer-Antigen Binding Kinetic Profiles to Diagnostic Decisions. ACS Sens. 2025; 10(2): 907–20. doi: 10.1021/acssensors.4c02682.
  17. Liu Y., Pandey R., McCarthy M.J. et al. Electrochemical Aptamer-Based Biosensors for Cocaine Detection in Human Saliva: Exploring Matrix Interference. Anal Chem. 2025; 97(2): 1097–106. doi: 10.1021/acs.analchem.4c03423.
  18. Patil S., Suleman S., Anzar N. et al. Origami-Inspired Biosensors: Exploring Diverse Applications and Techniques for Shape-Changing Sensor Platforms. Chemosensors. 2024; 12(12): 276. doi: 10.3390/chemosensors12120276.
  19. Erkocyigit B., Man E., Efecan E. et al. Non-Invasive Point-of-Care Detection of Methamphetamine and Cocaine via Aptamer-Based Lateral Flow Test. Biosensors (Basel). 2025; 15(1). doi: 10.3390/bios15010031.
  20. Rohloff J.C., Gelinas A.D., Jarvis T.C. et al. Nucleic Acid Ligands With Protein-like Side Chains: Modified Aptamers and Their Use as Diagnostic and Therapeutic Agents. Mol Ther Nucleic Acids. 2014; 3(10): e201. doi: 10.1038/mtna.2014.49.
  21. Kraemer S., Schneider D.J., Paterson C. et al. Crossing the Halfway Point: Aptamer-Based, Highly Multiplexed Assay for the Assessment of the Proteome. J Proteome Res. 2024; 23(11): 4771–88. doi: 10.1021/acs.jproteome.4c00411.
  22. Wik L., Nordberg N., Broberg J. et al. Proximity Extension Assay in Combination with Next-Generation Sequencing for High-throughput Proteome-wide Analysis. Mol Cell Proteomics. 2021; 20: 100168. doi: 10.1016/j.mcpro.2021.100168.
  23. Puerta R., Cano A., Garcia-Gonzalez P. et al. Head-to-Head Comparison of Aptamer- and Antibody-Based Proteomic Platforms in Human Cerebrospinal Fluid Samples from a Real-World Memory Clinic Cohort. Int J Mol Sci. 2024; 26(1). doi: 10.3390/ijms26010286.
  24. Sun H., Li J., Li L. et al. Construction of test strips for lung cancer detection based on aptamers. J Pharm Biomed Anal. 2024; 242: 115976. doi: 10.1016/j.jpba.2024.115976.
  25. Shin Y., Perera A.P., Park M.K. Label-free DNA sensor for detection of bladder cancer biomarkers in urine. Sensors and Actuators B: Chemical. 2013; 178: 200–206. doi: 10.1016/j.snb.2012.12.057.
  26. Xue X., Zheng F., Luo Y. et al. A multifunctional Pt/DMSN nanozyme-based colorimetric-fluorescence sensing platform for breast cancer detection. Mikrochim Acta. 2025; 192(4): 228. doi: 10.1007/s00604-025-07082-4.
  27. Grechkin Y.A., Grechkina S.L., Zaripov E.A. et al. Aptamer-Conjugated Tb(III)-Doped Silica Nanoparticles for Luminescent Detection of Leukemia Cells. Biomedicines. 2020; 8(1). doi: 10.3390/biomedicines8010014.
  28. Mohsin D.H., Mashkour M.S., Fatemi F. Design of aptamer-based sensing platform using gold nanoparticles functionalized reduced graphene oxide for ultrasensitive detection of Hepatitis B virus. Chemical Papers. 2021; 75(1): 279–295. doi: 10.1007/s11696-020-01292-1.
  29. Torres-Vazquez B., de Lucas A.M., Garcia-Crespo C. et al. In vitro Selection of High Affinity DNA and RNA Aptamers that Detect Hepatitis C Virus Core Protein of Genotypes 1 to 4 and Inhibit Virus Production in Cell Culture. J Mol Biol. 2022; 434(7): 167501. doi: 10.1016/j.jmb.2022.167501.
  30. Chinchilla-Cardenas D.J., Cruz-Mendez J.S., Petano-Duque J.M. et al. Current developments of SELEX technologies and prospects in the aptamer selection with clinical applications. J Genet Eng Biotechnol. 2024; 22(3): 100400. doi: 10.1016/j.jgeb.2024.100400.
  31. Hu C., Yang S., Li S. et al. Viral aptamer screening and aptamer-based biosensors for virus detection: A review. Int J Biol Macromol. 2024; 276(Pt 2): 133935. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2024.133935.
  32. Андрианова М.С., Панова О.С., Титов А.А. и др. Электрохимические биосенсоры для определения sars-cov-2. Вестник Московского университета. Серия 2. Химия. 2023; 64(5): 407–440. [Andrianova M.S., Panova O.S., Titov A.A. et al. Electrochemical Biosensors for SARS-CоV-2 Detection Vestn. Mosk. un-ta. Ser. 2. Chemistry. 2023; 64(5): 407–440. (In Russ.)].
  33. Ospina-Villa J.D., Lopez-Camarillo C., Castanon-Sanchez C.A. et al. Advances on Aptamers against Protozoan Parasites. Genes (Basel). 2018; 9(12). doi: 10.3390/genes9120584.
  34. Wilson D.M., Cookson M.R., Van Den Bosch L. et al. Hallmarks of neurodegenerative diseases. Cell. 2023; 186(4): 693–714. doi: 10.1016/j.cell.2022.12.032.
  35. Tu Y., Wu J., Chai K. et al. A turn-on unlabeled colorimetric biosensor based on aptamer-AuNPs conjugates for amyloid-beta oligomer detection. Talanta. 2023; 260: 124649. doi: 10.1016/j.talanta.2023.124649.
  36. Lu X., Hou X., Tang H. et al. Quality CdSe/CdS/ZnS Quantum-Dot-Based FRET Aptasensor for the Simultaneous Detection of Two Different Alzheimer's Disease Core Biomarkers. Nanomaterials (Basel). 2022; 12(22). doi: 10.3390/nano12224031.
  37. Deng C., Liu H., Si S. et al. An electrochemical aptasensor for amyloid-beta oligomer based on double-stranded DNA as "conductive spring". Mikrochim Acta. 2020; 187(4): 239. doi: 10.1007/s00604-020-4217-8.
  38. Cheng T., Afshan N., Jiao J. et al. Current progress in aptamer-based sensors for the detection of protein biomarkers in neurodegenerative diseases. Biosensors and Bioelectronics: X. 2024; 20: 100528. doi: 10.1016/j.biosx.2024.100528.
  39. Sun K., Xia N., Zhao L. et al. Aptasensors for the selective detection of alpha-synuclein oligomer by colorimetry, surface plasmon resonance and electrochemical impedance spectroscopy. Sensors and Actuators B: Chemical. 2017; 245: 87–94. doi: 10.1016/j.snb.2017.01.171.
  40. Meehan C., Lecocq S., Penner G. A reproducible approach for the use of aptamer libraries for the identification of Aptamarkers for brain amyloid deposition based on plasma analysis. PLoS One. 2024;19(8):e0307678. doi: 10.1371/journal.pone.0307678.
  41. Di Mauro V., Lauta F.C., Modica J. et al. Diagnostic and Therapeutic Aptamers: A Promising Pathway to Improved Cardiovascular Disease Management. JACC Basic Transl Sci. 2024; 9(2): 260–77. doi: 10.1016/j.jacbts.2023.06.013.
  42. Yu H., Yu J., Yao G. Recent Advances in Aptamers-Based Nanosystems for Diagnosis and Therapy of Cardiovascular Diseases: An Updated Review. Int J Nanomedicine. 2025; 20: 2427–43. doi: 10.2147/IJN.S507715.
  43. Qin S.N., Nong Y.C., Cao C.L. et al. A nanoporous electrochemical aptamer-based sensors for rapid detection of cardiac troponin I in blood. Talanta. 2025; 284: 127250. doi: 10.1016/j.talanta.2024.127250.
  44. Cen Y., Wang Z., Ke P. et al. Development of a novel ssDNA aptamer targeting cardiac troponin I and its clinical applications. Anal Bioanal Chem. 2021; 413(28): 7043–7053. doi: 10.1007/s00216-021-03667-z.
  45. Timsina J., Gomez-Fonseca D., Wang L. et al. Comparative Analysis of Alzheimer's Disease Cerebrospinal Fluid Biomarkers Measurement by Multiplex SOMAscan Platform and Immunoassay-Based Approach. J Alzheimers Dis. 2022; 89(1): 193–207. doi: 10.3233/JAD-220399.
  46. Bege M., Borbas A. The Medicinal Chemistry of Artificial Nucleic Acids and Therapeutic Oligonucleotides. Pharmaceuticals (Basel). 2022; 15(8). doi: 10.3390/ph15080909.
  47. Molina Ramirez S.R., Samiseresht N., Martinez-Roque M.A. et al. A Truncated Multi-Thiol Aptamer-Based SARS-CoV-2 Electrochemical Biosensor: Towards Variant-Specific Point-of-Care Detection with Optimized Fabrication. Biosensors (Basel). 2025; 15(1). doi: 10.3390/bios15010024.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Этапы разработки диагностической платформы на основе аптамеров

Скачать (106KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схематическая иллюстрация протокола SELEX

Скачать (124KB)
Метаданные

© ИД "Русский врач", 2025