Bioingeniører udvikler sig hurtigt, spyt-baseret detektionstest for marihuana

Dr. Shalini Prasad (forrest), midlertidig afdelingsleder for bioingeniør ved Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science, har den THC-biosensor, som hendes team har udviklet. Bagpå, fra venstre, er elektroingeniør Ph.D. studerende Devangsingh Sankhala, forskningsingeniør Paul Rice og biomedicinsk ingeniør Ph.D. studerende Vikram Narayanan Dhamu.

Marihuana er det mest almindeligt anvendte illegale stof i USA. Da stater kæmper med marihuanalovgivningen, offentlige sikkerhedsmyndigheder står over for udfordringer med at identificere dem, der kører under deres indflydelse.

Forskere ved University of Texas i Dallas har skabt en sensor, der bruger spyt til hurtigt at rapportere - inden for et minut - et forsøgspersons niveau af THC, den psykoaktive komponent i marihuana.

Deres proof-of-concept undersøgelse, udgivet i september i Naturvidenskabelige rapporter , kunne rydde vejen for en ny vejside DUI-vurdering for THC, der fungerer stort set på samme måde som testning for alkoholsvækkelse.

"Selv her i Texas, hvor marihuana endnu ikke er lovligt, samtalen er allerede startet, " sagde Dr. Shalini Prasad, tilsvarende forfatter til studiet og midlertidig afdelingsleder for bioingeniør ved Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science. "Har vi teknologier, der hvis du laver en hurtig screening ved et vejstop, kan THC-niveauet bestemmes nøjagtigt?"

Marihuanas aktive komponent, tetrahydrocannabinol (THC), kan påvirke en brugers hukommelse, bevægelser, beslutningstagning, koncentration, samordning, og sanse- og tidsopfattelse.

"Effekterne af marihuana varierer så meget fra person til person, " sagde Prasad, Cecil H. og Ida Green professor i systembiologi. "Der er betydelig forskning i, hvordan dets stofskifte virker. Men at bestemme, hvordan det virker på den generelle befolkning på tværs af forskellige demografiske grupper, er vanskeligt - meget mere end for alkohol."

Prasads team har tidligere udviklet biosensorer, der analyserer sved for at detektere niveauer af visse kemikalier, såsom glukose, i kroppen. Men tidslinjen fra hvornår marihuana kommer ind i kroppen, til den forlader via sved, er for lang til offentlige sikkerhedsformål. Blod trækker, mens præcis, er også tidskrævende, invasive og involverer medicinske færdigheder, som ikke alle retshåndhævende personale besidder.

"Til en vurdering af den offentlige sikkerhed, tid er kritisk, " sagde Prasad. "Efter at have gennemgået eksisterende teknologier, vi satte os for at producere hurtigere aflæsninger, at lave en enhed, der er nem at bruge og for at sikre, at fortolkningen af ​​dataene er ekstremt robust."

Prasad forklarede, at nytten af ​​en hurtigere test ville gå ud over den offentlige sikkerhed.

"På steder, hvor det er lovligt, marihuana bliver også administreret i et medicinsk område, " sagde hun. "Så de må også forstå omfanget af den terapeutiske virkning."

Holder sig til spyt

Spyt tilbyder et alternativ til blod og sved, der løser tidsproblemet, samtidig med at nøjagtigheden bevares. Det kan også nemt fås via en vatpind på kinden.

"Der findes allerede hjemmesæt til dette formål, men de kræver stor håndteringspræcision og tager stadig mere tid, end nogen ville have ved et vejstop, " sagde Prasad.

Prasads metode bygger på den elektrokemiske aktivitet af molekyler, eller hvordan de reagerer på et elektrisk felt. Efter brug af marihuana, THC i kroppen nedbrydes til molekyler kaldet metabolitter. Prasads enhed opfanger det distinkte elektrokemiske signal fra en metabolit, og signalets styrke angiver THC-koncentrationen.

Selvom det er det bedste valg, spyt kommer stadig med komplikationer.

"Der er mange flere interfererende molekyler i spyt, " sagde hun. "Mange af disse andre forbindelser er meget mere elektroaktive end THC-metabolitten, hvilket gør det svært at opdage via den elektrokemi vi brugte i vores glukosesensorer. Det er den tekniske udfordring."

Spyt kan også være ret surt, tilføjer endnu en forhindring til detektionsprocessen.

"Syrer har en tendens til at camouflere andre elektrokemiske signaler, " sagde Prasad. "Så vi var nødt til at finde ud af en måde at filtrere den støj fra."

Prasads team overvandt signal-til-støj-problemet ved at designe en belægning til sensoren, der fungerer som et smøremiddel, spredning som reaktion på målmetabolitten for at forstærke signalet.

"Vi indstiller skiven på en metaforisk radio, " sagde hun. "Vi kender frekvensen af ​​den 'station', vi ønsker, det er, hvor THC-metabolitten binder sig til vores belægning. Vores urskive indstiller de andre frekvenser, øge følsomheden af ​​vores sensor."

Prasads team arbejdede i omkring tre år, af og på, om spytsansende metode. Hendes resultater viser, at spyt kan fungere som et marihuana-sansende alternativ til blodprøver.

"Vi har med 95% nøjagtighed vist sammenhængen mellem spytkoncentration og blodkoncentration af THC, " hun sagde.

Med en nøjagtig prototypetest i hånden, Prasad håber at samarbejde med forskere, der arbejder tæt sammen med marihuanametabolisme.

"Mange forskningscentre og offentlige laboratorier udfører forskning i marihuanametabolisme, og de har ventet på, at et værktøj som vores skulle komme med, " hun sagde.

Folkesundhed og sikkerhed

Fremadrettet, Prasad forestiller sig at imødekomme behov relateret til både folkesundhed og sikkerhed.

"Problemet med værdiforringelse er udfordrende, fordi der ikke er nogen eksisterende numerisk tærskel for THC, som der er med promille, " sagde hun. "Lovgivere og offentlige sikkerhedsorganer har brug for den kontekst, som sådanne aflæsninger giver for at bestemme en standardkoncentrationsgrænse.

"På samme tid, som med al anden medicin, hvor marihuana bliver brugt til smertelindring, vi ønsker bedre at forstå effekten af ​​behandlingen. For eksempel, hvor lang er den effektive periode pr. dosis? Hvilken dosis er tilstrækkelig? Vores sensor burde være i stand til at hjælpe med at besvare disse spørgsmål."