Pierwszym aptamerem zatwierdzonym w 2004 roku przez FDA był Pegaptanib, stosowany w leczeniu wysiękowej postaci zwyrodnienia plamki żółtej oka. Kilka innych aptamerów jest obecnie w fazie badań klinicznych. Pojawienie się nowych technologii rewolucjonizuje możliwości aplikacyjne aptamerów, a sprzęganie tych molekuł z innymi cząsteczkami o potencjale terapeutycznym, jakimi jak leki, nośniki leków, toksyny czy fotouczulacze wytyczna nowy kierunek w diagnozowaniu, obrazowaniu i terapii wielu ciężkich schorzeń. Dodatkowym czynnikiem zwiększającym zapotrzebowanie na aptamery lub podobne narzędzia jest wzrost informacji o molekularnych podłożach wielu chorób.

Typowym, działającym na zasadzie antagonizmu aptamerem, zbudowanym z 28–zasadowego oligonukleotydu RNA, posiadającym dwa rozgałęzione ugrupowania PEG jest Macugen (Pegaptanib). Po wprowadzeniu do ciała szklistego, wybiórczo wiąże się on z izoformą czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF₁₆₅). Zatem wewnątrzkomórkowa kaskada sygnału jest hamowana przez kompleks pegaptanib - VEGF₁₆₅, co uniemożliwia wiązanie się cząsteczki z jej receptorem F. Różne leki oparte na antagonistycznej funkcji aptamerów, takie jak: AS₁₄₁₁, EYE₀₀₁, ARC₁₇₇₉, REG₁, NOX-E₃₆ i inne są obecnie w fazie badań klinicznych.

Ukierunkowane dostarczanie leku (DDT) jest jednym z najważniejszych obszarów badań. Środki terapeutyczne, które mogą być dostarczone w miejsce docelowe za pomocą aptamerów można podzielić na trzy główne klasy: leki, toksyny oraz małe interferujące RNA (siRNA). Jednym z najczęściej stosowanych leków w chemioterapii białaczek i chłoniaków jest doksorubicyna (Dox) interkalująca do DNA i hamująca replikację. Pomimo dużej skuteczności, wykazuje ona szereg niepożądanych efektów, ze względu na brak selektywnego działania. Rozwiązaniem może być skoniugowanie Dox z aptamerem i zastosowanie terapii ukierunkowanej molekularnie. Kowalencyjne sprzężenie aptameru niosącego lek jest stosunkowo stabilne, co zabezpiecza lek przed uwalnianiem w czasie transportu do docelowego miejsca w komórce. Dzięki takiemu konstruktowi można uniknąć cytotoksycznego działania Dox na komórki zdrowe a także uzyskać wysoką skuteczność leczenia docelowych komórek nowotworowych. Aptamer może być również połączony kowalencyjnie z toksycznymi białkami, np. z rybosomalną toksyną o nazwie gelonina. Ponadto połączenie fotouczulacza i aptameru może stać się interesującym rozwiązaniem stosowanym w fotodynamicznej terapii nowotworów.

Dostarczanie siRNA do określonych komórek z zastosowaniem aptamerów jest obecnie przedmiotem licznych badań. W wyciszaniu genów za pomocą kompleksu aptamer – siRNA bierze udział rybonukleaza Dicer i zachodzi ono za pośrednictwem szlaku RNAi. Przykładem takiego chimerycznego kompleksu może być aptamer anty-PSMA-Plk1 promujący regresję nowotworu w modelu heteroprzeszczepu raka prostaty. Ciekawym rozwiązaniem może być również zastosowanie koniugatów aptamerów z liposomami czy micelami jako nośników leków. Zupełnie innowacyjnym podejściem terapeutycznym mogą stać się nanoroboty - urządzenia w kształcie beczki o średnicy około 35 nm, opłaszczone aptamerami. Po rozpoznaniu celu nanorobot automatycznie zmienia swój kształt, dostarczając pożądaną cząsteczkę do komórki docelowej. Czas pokaże czy takie struktury spełnią oczekiwania i nadzieje badaczy oraz czy okażą się skutecznymi narzędziami terapeutycznymi.

Innym zastosowaniem aptamerów jest diagnozowanie schorzeń przez obrazowanie in vivo i in vitro, przy użyciu aptameru sprzężonego z fluoroforem, kropkami kwantowymi czy gadolinem, stosowanym w obrazowaniu metodą rezonansu magnetycznego (MRI). Identyfikacja, lokalizacja oraz ocena stopnia zaburzeń w strukturze i funkcji badanych narządów wymagają zastosowania bezpiecznych dla organizmu środków kontrastujących o odpowiednio silnym sygnale oraz wysokiej swoistości tkankowej. Taką rolę mogą pełnić odpowiednio wyznakowane aptamery zdolne do wiązania się z białkami występującymi na powierzchni określonych tkanek lub komórek np. zmienionych nowotworowo. Najprostszym sposobem obrazowania jest zastosowanie wizualizacji aptameru przez fluorescencję. Konformacyjna zmiana aptameru po związaniu się z miejscem docelowym powoduje aktywację sondy i pojawienie się fluorescencyjnego sygnału. Ciekawym rozwiązaniem jest zaprojektowanie dwufunkcyjnej fluorescencyjnej sondy oligonukleotydowej do wykrywania trifosforanu adenozyny (ATP ) i trombiny (TMB). „Molekularna latarka” zawiera dwie pętle - spinki do włosów, które służą jako elementy czujnikowe oraz fluorofor na jednym końcu i wygaszacz na końcu przeciwległym. W porównaniu do konwencjonalnej sondy opartej na mechanizmie “always-on”, aktywacja tak zaprojektowanej sondy może znacznie zminimalizować sygnał tła pochodzącego z tkanek innych niż docelowe, dając tym samym znacznie lepszy kontrast obrazu. W MRI stosuje się nie tylko obrazowanie optyczne, ale także połączenia aptamerów z superparamagnetycznymi nanocząsteczkami tlenku żelaza. Innym przykładem może być zastosowanie aptameru znakowanego radioizotopem w SPECT i PET. Dzięki zastosowaniu nowotworowych linii komórkowym udało się otrzymać aptamer TTA, który może wiązać się z tenascyną C, ulegającą nadekspresji w wielu guzach litych, a także aptamer skierowany przeciwko zewnątrzkomórkowej domenie receptorowej kinazy tyrozynowej. Zaletą zastosowania aptamerów może być również wykorzystanie ich w celu identyfikacji nieznanych markerów komórek nowotworowych co pozwalałoby na szybsze wykrywanie ognisk rakowych w organizmie, a co za tym idzie szybsze wdrożenie odpowiedniej metody leczenia.

Istnieją próby jednoczesnego obrazowania i leczenia chorób. Zaprojektowano konstrukt zawierający aptamer sprzężony z nanocząsteczkami złota, umożliwiający obrazowanie z wykorzystaniem tomografii komputerowej oraz doksorubicynę skierowaną przeciwko komórkom raka prostaty. Kluczem do skutecznego i efektywnego obrazowania będzie rozwój platform nadawczych o wysokiej wydajności oraz ultrawrażliwych sond molekularnych skierowanych przeciwko określonym celom molekularnym.

Rozwój wysokoprzepustowych metod szybkiej selekcji aptamerów może sprawić, że ze względu na swoje liczne zalety, chemiczne przeciwciała zastąpią przeciwciała standardowe. Potencjał diagnostyczny i terapeutyczny aptamerów nabiera nowego rozpędu i zapewne już w niedalekiej przyszłości staną się one standardowym narzędziem w rękach klinicystów, a dla biotechnologów niemalże nieograniczoną kopalnią pomysłów i ścieżek do tworzenia nowych firm oraz rozwijania już istniejących.