Татуировка из наночастиц золота произвела революцию в медицинской диагностике

Идея вживляемых датчиков, непрерывно передающих информацию о жизненных показателях и концентрациях веществ или лекарств в организме, давно привлекала внимание врачей и ученых. Такие датчики позволяют осуществлять постоянный мониторинг прогрессирования заболевания и терапевтического успеха. Однако до сих пор имплантируемые датчики не подходили для постоянного пребывания в организме, их приходилось заменять через несколько дней или недель. С одной стороны, существует проблема отторжения имплантата, так как организм воспринимает датчик как инородный предмет. С другой стороны, цвет сенсора, указывающий на изменение концентрации, до сих пор был нестабильным и со временем тускнел. Ученые из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга (JGU) разработали новый тип имплантируемого датчика, который может работать в организме в течение нескольких месяцев. Сенсор основан на цветостабильных наночастицах золота, которые модифицированы рецепторами для определенных молекул. Встроенное в искусственную полимерную ткань нанозолото вживляется под кожу, где оно сообщает об изменении концентрации лекарственного средства, изменяя свой цвет.

Исследовательская группа профессора Карстена Сеннихсена уже много лет использует наночастицы золота в качестве сенсоров для обнаружения крошечных количеств белков в микроскопических проточных ячейках. Наночастицы золота действуют как маленькие антенны для света. Они сильно поглощают и рассеивают его и поэтому выглядят разноцветными. Они реагируют на изменения в окружающей среде изменением цвета. Команда Сенничсена применила эту концепцию для имплантации медицинских датчиков.

Чтобы крошечные частицы не уплыли или не разложились иммунными клетками, их заключают в пористый гидрогель с тканевой консистенцией. После имплантации под кожу мелкие кровеносные сосуды и клетки прорастают в поры. Датчик интегрирован в ткань и не отторгается как инородное тело. «Наш датчик похож на невидимую татуировку, не намного больше копейки и тоньше одного миллиметра», — сказал Сенничсен. Поскольку наночастицы золота имеют инфракрасное излучение, они не видны глазу. Однако особый тип измерительного устройства может определять их цвет неинвазивно через кожу.

В своем исследовании исследователи имплантировали свои сенсоры с золотыми наночастицами под кожу безволосых крыс. Изменения цвета этих сенсоров отслеживали после введения различных доз антибиотика. Молекулы лекарств переносятся к датчику кровотоком. Связываясь со специфическими рецепторами на поверхности наночастиц золота, они вызывают изменение цвета, которое зависит от концентрации лекарства. Благодаря цветоустойчивым наночастицам золота и гидрогелю, интегрирующемуся с тканью, датчик оставался механически и оптически стабильным в течение нескольких месяцев.

Цветные предметы со временем обесцвечиваются. Однако наночастицы золота не отбеливаются, а постоянно сохраняют свой цвет. Поскольку на них можно легко нанести различные рецепторы, они являются идеальной платформой для имплантируемых датчиков.

Эту концепцию можно обобщить, и она может продлить срок службы имплантируемых датчиков. В будущем имплантируемые датчики на основе наночастиц золота можно будет использовать для одновременного наблюдения за концентрациями различных биомаркеров или лекарств в организме. Такие датчики могут найти применение в разработке лекарств, медицинских исследованиях или персонализированной медицине, например при лечении хронических заболеваний.