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帕金森病（PD）患者常用左旋多巴治疗，但因缺乏实时监测手段，其治疗效果受影响。研究人员开发了一种新型直接电子转移（DET）酶铜脱氢酶（CoDH）用于连续监测左旋多巴。结果显示该传感器特异性高、受干扰小，有望改善 PD 治疗。
帕金森病（Parkinson’s Disease，PD）是一种常见的神经退行性疾病，在美国，超过 100 万人受其困扰，而且随着人口老龄化，患病数量预计还会上升。得了帕金森病，患者脑内的多巴胺能神经元会逐渐减少，还会出现路易小体，也就是聚集的 α - 突触核蛋白。目前，PD 还无法治愈，左旋多巴（levodopa）是主要的治疗药物。它能穿过血脑屏障，补充多巴胺，缓解患者的运动症状。不过，左旋多巴的治疗窗口很窄，如果剂量没控制好，在治疗范围之外，就会产生很多副作用。剂量低了，药效减弱，患者症状会反复；剂量高了，又会引起恶心、运动障碍等问题。要是能实时监测左旋多巴的浓度，就能精准给药，减少药物浓度波动，让药物更好地发挥作用，还能帮助医生了解药物在体内的代谢情况，更好地治疗患者。可现实很残酷，现在还没有能连续监测左旋多巴的商业传感器。之前开发传感器的方法，要么是直接氧化左旋多巴的羟基，要么用酪氨酸酶催化氧化，但都不太理想，主要是特异性太差，容易受到干扰。所以，开发一种可靠的连续监测左旋多巴的方法迫在眉睫。
为了解决这个难题，美国北卡罗来纳大学教堂山分校和北卡罗来纳州立大学联合生物医学工程系等机构的研究人员展开了深入研究 。他们成功开发出一种新型直接电子转移（direct electron transfer，DET）酶 —— 铜脱氢酶（Copper Dehydrogenase，CoDH），并将其应用于连续监测左旋多巴的传感器中。这一成果发表在《npj Biosensing》上，为帕金森病的治疗带来了新希望。
研究人员在研究中用到了几种关键技术方法。首先是酶工程技术，通过定点突变技术，对来自嗜热古菌的多铜氧化酶（Multicopper Oxidase，MCO）进行改造，获得了 CoDH。其次是电化学检测技术，利用计时电流法对构建的左旋多巴传感器进行性能测试，评估其在不同条件下对左旋多巴的检测能力。
下面来看看具体的研究结果：
- DET 型酶的开发：研究人员通过定点突变技术，对 McoP 中 T2/T3铜配体组氨酸残基进行突变，成功将 McoP 转化为 CoDH。实验显示，突变后的酶氧化酶活性大幅降低，而与电极的 DET 活性增强，这表明改造后的 CoDH 能更好地以电极作为电子受体，实现对左旋多巴的检测。
- 左旋多巴传感器的性能评估：
- 存储稳定性：研究人员将固定有 CoDH 的传感器在 4℃保存 21 天，期间多次检测发现，其灵敏度在 21 天内几乎保持不变，这意味着该传感器能长时间稳定存储，方便后续使用。
- 环境适应性：实验表明，当 KCl 浓度、pH 值在一定范围内变化，以及温度从室温（25℃）升高到体温（37℃）时，传感器的计时电流信号变化很小，说明该传感器对环境变化不敏感，在体内复杂环境中也能稳定工作。
- 特异性：研究人员测试了多种内源性和外源性干扰物对传感器信号的影响。结果显示，大多数干扰物对传感器信号影响极小，只有甲基多巴引起的偏差略大于 10%，但在临床实际浓度下，其影响可能更小。这充分说明 CoDH 对左旋多巴具有很高的选择性，能准确检测左旋多巴浓度。
- 微型化左旋多巴传感器：研究人员制备了微型化的左旋多巴传感器，该传感器在 100 mM 磷酸钾缓冲液（pH 7.0）中检测左旋多巴时，在治疗范围内（0 - 55 μM）具有良好的线性关系（皮尔逊系数为 0.99），检测限低至 138 nM，灵敏度为 0.0042 μA/μM，为未来体内实验奠定了基础。
在研究结论和讨论部分，研究人员开发的 CoDH 展现出诸多优势。与其他左旋多巴酶传感器相比，CoDH 稳定性高、特异性强，能有效减少干扰物的影响，而且能实现直接电子转移，避免了氧气的干扰。微型化的左旋多巴传感器也显示出良好的性能，虽然其灵敏度还不足以检测脑脊液中的左旋多巴浓度，但用于检测间质液中的左旋多巴浓度是可行的，而间质液更易获取，适合传感器插入测量。不过，要将这种传感器真正应用到临床，还有一些问题需要解决，比如传感器的生物相容性、体内稳定性，以及如何处理体内噪声等。但无论如何，这项研究为开发连续监测左旋多巴的系统奠定了坚实基础，随着 FDA 批准首款用于晚期 PD 患者的连续左旋多巴输注泵，闭环左旋多巴输注系统有望改善患者的治疗效果，提升生活质量，而该研究成果无疑为这一领域的发展注入了强大动力。
