Wearable microneedle-based electrochemical aptamer biosensing for precision dosing of drugs with narrow therapeutic windows

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作者
Shuyu Lin,Xuanbing Cheng,Jian Jun Zhu,Bo Wang,David Jelínek,Yichao Zhao,Tsung‐Yu Wu,Abraham Horrillo,Jiawei Tan,Justin Yeung,Wenzhong Yan,Sarah Forman,Hilary A. Coller,Carlos Milla,Sam Emaminejad
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:8 (38) 被引量:43
标识
DOI:10.1126/sciadv.abq4539
摘要

Therapeutic drug monitoring is essential for dosing pharmaceuticals with narrow therapeutic windows. Nevertheless, standard methods are imprecise and involve invasive/resource-intensive procedures with long turnaround times. Overcoming these limitations, we present a microneedle-based electrochemical aptamer biosensing patch (μNEAB-patch) that minimally invasively probes the interstitial fluid (ISF) and renders correlated, continuous, and real-time measurements of the circulating drugs’ pharmacokinetics. The μNEAB-patch is created following an introduced low-cost fabrication scheme, which transforms a shortened clinical-grade needle into a high-quality gold nanoparticle-based substrate for robust aptamer immobilization and efficient electrochemical signal retrieval. This enables the reliable in vivo detection of a wide library of ISF analytes—especially those with nonexistent natural recognition elements. Accordingly, we developed μNEABs targeting various drugs, including antibiotics with narrow therapeutic windows (tobramycin and vancomycin). Through in vivo animal studies, we demonstrated the strong correlation between the ISF/circulating drug levels and the device’s potential clinical use for timely prediction of total drug exposure.
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