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2023．08
Oligonucleotide合成：遺忘抗體，採用「Aptamer」！
Oligonucleotide合成：遺忘抗體，採用「Aptamer」！
▎可作為診斷工具
病原體檢測
螢光共振能量轉移（FRET）aptamer為一種新穎的高通量篩選工具，用於檢測腸產毒性大腸桿菌（ETEC K88）的外膜蛋白，以進行腸產毒性大腸桿菌的檢測。除細菌外，用於檢測病毒感染的分子探針也已被開發，病毒類型包含C型肝炎病毒、B型肝炎病毒、人類免疫缺陷病毒、流感病毒和嚴重急性呼吸道症候群（SARS）冠狀病毒。
癌症檢測
在癌症檢測上，已開發出多種用於檢測癌症相關的生物標記的aptamer，如用於檢測MCF-7乳腺癌細胞和CCRF-CEM白血病細胞的aptamer。此外，aptamer還成功用於檢測多種與腫瘤相關的可溶性生物標記，包括癌胚抗原（CEA）、前列腺特異抗原（PSA）。在體內成像方面，aptamer也成功用於淋巴瘤、腺癌、白血病、膠質母細胞瘤和其他癌症類型的體內成像。
▎Aptamer作為治療藥物
由於aptamer具有與小分子和蛋白質配體競爭並抑制其標靶，因此aptamer被認為是有潛力的治療方法。此外，aptamer可以激活目標受體的功能，或者作為輸送藥物到目標細胞或組織的載體。例如，aptamer有潛力作為抗病毒劑。先前的研究顯示，針對包膜糖蛋白GP120衍生物的RNA aptamer可以中和HIV-1。其他正在開發及臨床前階段的aptamer包括針對癌症的aptamer，如與不同生長因子（如VEGF、bFGF、PDGF、KGF）結合的aptamer，與趨化因子配體CXCL12結合的NOX-A12 RNA aptamer，以及針對維持細胞形狀、細胞質完整性和細胞骨架穩定性的波形蛋白 (Vimentin) 的NAS-24 DNA aptamer。此外，在研發和臨床前階段的aptamer還包括針對細菌感染、神經退行性疾病、免疫疾病和炎症的aptamer。
一些aptamer已進入臨床試驗階段，例如用於眼科疾病、血液系統疾病和癌症的aptamer。其中，對血管內皮生長因子（VEGF）具有特異性的aptamer Pegaptanib已被批准用於治療老年性黃斑病變(Age-related macular degeneration, AMD)。Pegaptanib阻斷了VEGF在病理性血管新生 (pathological angiogenesis) 中的作用。而對核仁蛋白 (nucleolin) 具有特異性的的G-rich DNA aptamer AS1411，用於急性骨髓性白血病 (Acute Myeloid Leukemia, AML)則正在進行第II期臨床試驗。最新的進行中之aptamer臨床試驗資訊可在美國國家衛生院（NIH）國家醫學圖書館的臨床試驗網站（https://clinicaltrials.gov/）上找到。
Aptamer具有出色的熱穩定性，且不會引起免疫反應。它們能夠專門針對有害的細胞或組織，對健康細胞的毒性極小，並且可以進行化學修飾以便於追蹤、吸收和輸送。Aptamer在其特異性、穩定性和多功能性上展現了他在未來診斷和治療方面的潛力。作為科學研究和生技醫療產業界的合作夥伴，圖爾思提供優質的aptamer及多種合酸藥物合成服務，共同推動核酸在醫藥方面的研究發展。
本文摘選自：
Zhang Y, Lai BS, Juhas M. Recent Advances in Aptamer Discovery and Applications. Molecules. 2019; 24(5):941.
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適體(aptamer)為短的、單股的寡核苷酸（DNA 或 RNA），透過形成三級結構，能夠與標靶產生高度的親和力和特異性並與其結合。Aptamer在基礎研究、確保食品安全和監測環境等方面得到廣泛應用外，也在臨床診斷和治療藥物方面有重大的進展。與抗體相似，aptamer一樣能識別及結合特定目標，而相較之下，它還具備更多優勢，例如生成時間較短、製造成本較低、無批次間差異、更多元的修飾性、較好的熱穩定性，以及能標靶從離子到活體動物等各種目標的潛力(如下表)。本文專注於介紹生成新型aptamer的方法以及aptamer在生物感測、生物技術和生物醫學方面的應用。
| 適體(Aptamer) | 抗體(Antibody) | |
| 穩定性 | 室溫下穩定，能承受多次變性/復性過程 | 對溫度敏感，需要冷藏以避免變性 |
| 保存 | 可長期保存（數年） 可冷凍乾燥保存 |
保存期限有限 必須冷藏保存和運輸 |
| 降解性 | 易受核酸酶降解 耐受蛋白酶降解 |
易受蛋白酶降解 耐受核酸酶降解 |
| 合成方法 | In vitro SELEX 只需 2-8 週，沒有批次間差異，合成成本低廉 | 在體內生成至少6個月，批次間存在差異，合成費用高 |
| 作用對象範圍 | 從離子和小分子到整個細胞和活體動物都可以作用 | 必須引起強烈的免疫反應才能產生抗體 |
| 大小 | 小分子(6–30 kDa, 2 nm) | 相對較大(150–180 kDa, 15 nm) |
| 可修飾性 | 可以輕易地進行修飾而不損失親和力 | 修飾通常會降低活性 |
| 親和力 | 高親和力，多價適體 (multivalent aptamers) 的親和力更高 | 親和力取決於抗原的表位數量 |
| 特異性 | 可以識別單點突變 | 不同的抗體可能結合相同的抗原 |
| 組織吸收/腎過濾 | 快速 | 緩慢 |
▎可作為診斷工具
病原體檢測
螢光共振能量轉移（FRET）aptamer為一種新穎的高通量篩選工具，用於檢測腸產毒性大腸桿菌（ETEC K88）的外膜蛋白，以進行腸產毒性大腸桿菌的檢測。除細菌外，用於檢測病毒感染的分子探針也已被開發，病毒類型包含C型肝炎病毒、B型肝炎病毒、人類免疫缺陷病毒、流感病毒和嚴重急性呼吸道症候群（SARS）冠狀病毒。
癌症檢測
在癌症檢測上，已開發出多種用於檢測癌症相關的生物標記的aptamer，如用於檢測MCF-7乳腺癌細胞和CCRF-CEM白血病細胞的aptamer。此外，aptamer還成功用於檢測多種與腫瘤相關的可溶性生物標記，包括癌胚抗原（CEA）、前列腺特異抗原（PSA）。在體內成像方面，aptamer也成功用於淋巴瘤、腺癌、白血病、膠質母細胞瘤和其他癌症類型的體內成像。
▎Aptamer在生物感測器中的應用
最近開發出的生物感測器的例子包括：(1) 用於檢測癌症相關的血小板衍生生長因子BB (PDGF-BB)，以幫助早期診斷和預測癌症發展。(2) 用於抗真菌azoles類藥物的生物感測器，可應用於侵入性真菌感染患者的藥物監測。(3) 搭載DNAaptamer以檢測奶製品過敏原β-乳球蛋白的生物感測器。(4) 用於檢測人類表皮生長因子受體2 (HER2) 的高靈敏度生物感測器，可應用於即時檢測乳腺癌細胞。
最近開發出的生物感測器的例子包括：(1) 用於檢測癌症相關的血小板衍生生長因子BB (PDGF-BB)，以幫助早期診斷和預測癌症發展。(2) 用於抗真菌azoles類藥物的生物感測器，可應用於侵入性真菌感染患者的藥物監測。(3) 搭載DNAaptamer以檢測奶製品過敏原β-乳球蛋白的生物感測器。(4) 用於檢測人類表皮生長因子受體2 (HER2) 的高靈敏度生物感測器，可應用於即時檢測乳腺癌細胞。
▎Aptamer作為治療藥物
由於aptamer具有與小分子和蛋白質配體競爭並抑制其標靶，因此aptamer被認為是有潛力的治療方法。此外，aptamer可以激活目標受體的功能，或者作為輸送藥物到目標細胞或組織的載體。例如，aptamer有潛力作為抗病毒劑。先前的研究顯示，針對包膜糖蛋白GP120衍生物的RNA aptamer可以中和HIV-1。其他正在開發及臨床前階段的aptamer包括針對癌症的aptamer，如與不同生長因子（如VEGF、bFGF、PDGF、KGF）結合的aptamer，與趨化因子配體CXCL12結合的NOX-A12 RNA aptamer，以及針對維持細胞形狀、細胞質完整性和細胞骨架穩定性的波形蛋白 (Vimentin) 的NAS-24 DNA aptamer。此外，在研發和臨床前階段的aptamer還包括針對細菌感染、神經退行性疾病、免疫疾病和炎症的aptamer。
一些aptamer已進入臨床試驗階段，例如用於眼科疾病、血液系統疾病和癌症的aptamer。其中，對血管內皮生長因子（VEGF）具有特異性的aptamer Pegaptanib已被批准用於治療老年性黃斑病變(Age-related macular degeneration, AMD)。Pegaptanib阻斷了VEGF在病理性血管新生 (pathological angiogenesis) 中的作用。而對核仁蛋白 (nucleolin) 具有特異性的的G-rich DNA aptamer AS1411，用於急性骨髓性白血病 (Acute Myeloid Leukemia, AML)則正在進行第II期臨床試驗。最新的進行中之aptamer臨床試驗資訊可在美國國家衛生院（NIH）國家醫學圖書館的臨床試驗網站（https://clinicaltrials.gov/）上找到。
Aptamer具有出色的熱穩定性，且不會引起免疫反應。它們能夠專門針對有害的細胞或組織，對健康細胞的毒性極小，並且可以進行化學修飾以便於追蹤、吸收和輸送。Aptamer在其特異性、穩定性和多功能性上展現了他在未來診斷和治療方面的潛力。作為科學研究和生技醫療產業界的合作夥伴，圖爾思提供優質的aptamer及多種合酸藥物合成服務，共同推動核酸在醫藥方面的研究發展。
本文摘選自：
Zhang Y, Lai BS, Juhas M. Recent Advances in Aptamer Discovery and Applications. Molecules. 2019; 24(5):941.
