Идея использования нуклеиновых кислот в качестве молекул распознавания возникла из фундаментального наблюдения: одноцепочечные олигонуклеотиды способны образовывать сложные вторичные и третичные структуры — шпильки, внутренние петли, псевдоузлы и G-квадруплексы, — которые могут формировать сайты связывания, комплементарные по форме и распределению зарядов молекулам-мишеням.

Процесс SELEX включает повторяющиеся циклы из четырёх этапов: инкубация случайной олигонуклеотидной библиотеки с мишенью, отбор последовательностей, связавшихся с мишенью, элюция связавшихся аптамеров и их амплификация для следующего раунда. После 5–15 раундов селекции получается пул последовательностей, обогащённых высокоаффинными связывателями, которые затем индивидуально тестируются и оптимизируются.

Нативные РНК-аптамеры крайне нестабильны в биологических жидкостях из-за быстрой деградации сывороточными нуклеазами. Решение этой проблемы потребовало химической модификации нуклеотидов, которая должна была не только повысить стабильность, но и сохранить способность к связыванию мишени.

Именно этот подход был использован при создании пегаптаниба — первого одобренного аптамерного лекарства. Пегаптаниб представляет собой 28-нуклеотидный РНК-аптамер, содержащий 2′-фтор-пиримидины и 2′-O-метил-пурины, ковалентно связанный с 40 кДа полиэтиленгликолем (PEG) для увеличения времени полужизни в кровотоке./div>

В других терапевтических областях активно исследуются аптамеры для антикоагулянтной терапии. REG1 — система, состоящая из РНК-аптамера pegnivacogin (ингибитор фактора IXa) и антидота anivamersen, — прошла клинические испытания для применения при чрескожных коронарных вмешательствах. Хотя фаза II была преждевременно остановлена из-за аллергических реакций, концепция обратимого антикоагулянта на основе аптамера остаётся перспективной. ARC1779 — ДНК-аптамер к фактору фон Виллебранда — исследовался для лечения тромботической тромбоцитопенической пурпуры и болезни фон Виллебранда.

Помимо терапевтического применения, аптамеры находят широкое применение в диагностике. Аптасенсоры — биосенсоры на основе аптамеров — обладают рядом преимуществ перед иммуносенсорами: они дешевле, стабильнее при хранении и могут быть регенерированы без потери активности.

Аптасенсоры реализуются в различных форматах: электрохимические (амперометрические, вольтамперометрические, импедиметрические), оптические (флуоресцентные, колориметрические) и на основе полевых транзисторов. Современные методы сигнальной амплификации позволяют достигать фемтомолярных и даже аттомолярных пределов обнаружения.

Перспективным направлением является интеграция аптасенсоров с машинным обучением для анализа сложных биологических образцов, что повышает надёжность диагностики и снижает количество ложноположительных результатов.

Другая проблема связана с поведением аптамеров в сложных биологических жидкостях. Аффинность, измеренная в буферных растворах, может существенно снижаться в сыворотке или плазме из-за конкуренции с белками, ионного состава и деградации нуклеазами. Это требует проведения селекции в условиях, максимально приближенных к физиологическим.

Для терапевтических аптамеров остаётся актуальной проблема доставки. Системное введение аптамеров ограничено их быстрой почечной фильтрацией и захватом фагоцитами. Решения включают конъюгацию с PEG (как в пегаптанибе), липидными наночастицами или targeting-молекулами.

Тем не менее перспективы аптамеров выглядят многообещающе. Их уникальные свойства — малый размер, низкая иммуногенность, возможность химической модификации и обратимость действия — делают их привлекательной альтернативой антителам в терапевтике и диагностике. Ожидается, что с развитием методов селекции, химической оптимизации и систем доставки число одобренных аптамерных лекарств будет расти, а аптасенсоры займут достойное место среди платформ для point-of-care диагностики.