Золотонанопаartikelная татуировка-датчик революционизирует непрерывный мониторинг здоровья

Идея имплантируемых датчиков, непрерывно передающих информацию о жизненных значениях и концентрациях веществ или лекарств в теле, давно фокусирует врачей и ученых. Такие датчики позволяют постоянный мониторинг прогресса болезни и терапевтического успеха. Однако до сих пор имплантируемые датчики не подходили для постоянного пребывания в теле, а должны были заменяться через несколько дней или недель. С одной стороны, есть проблема отторжения импланта, потому что тело распознает датчик как чужеродный объект. С другой стороны, цвет датчика, указывающий изменения концентрации, был нестабилен до сих пор и выцветал со временем. Ученые Йоганнеса Гутенберг-Университета Майнца (JGU) разработали новый тип имплантируемого датчика, который может работать в теле несколько месяцев. Датчик основан на цветстабильных золотых наночастицах, модифицированных рецепторами для специфических молекул. Встроенные в искусственную полимерную ткань, нанозолото имплантируется под кожу, где оно сообщает об изменениях концентрации лекарств, меняя свой цвет.

Исследовательская группа профессора Карстена Сённихсена много лет использует золотые наночастицы как датчики для детектирования крошечных количеств белков в микроскопических потоковых ячейках. Золотые наночастицы действуют как маленькие антенны для света. Они сильно абсорбируют и рассеивают его и поэтому появляются цветными. Они реагируют на изменения в своем окружении, меняя цвет. Команда Сённихсена эксплуатировала эту концепцию для имплантируемого медицинского сенсирования.

Чтобы предотвратить уход крошечных частиц или их деградацию иммунными клетками, они встроены в пористый гидрогель с тканеподобной консистенцией. После имплантации под кожу малые кровеносные сосуды и клетки растут в поры. Датчик интегрирован в ткань и не отвергается как чужеродное тело. «Наш датчик как невидимая татуировка, не намного больше пенни и тоньше одного миллиметра», — сказал Сённихсен. Поскольку золотые наночастицы инфракрасные, они невидимы глазу. Однако специальный вид измерительного устройства может детектировать их цвет неинвазивно через кожу.

В своем исследовании исследователи имплантировали свои золотонанопаartikelные датчики под кожу лысых крыс. Цветовые изменения в этих датчиках мониторились после введения различных доз антибиотика. Молекулы лекарства транспортируются к датчику через кровоток. Связываясь с специфическими рецепторами на поверхности золотых наночастиц, они индуцируют изменение цвета, зависящее от концентрации лекарства. Благодаря цветстабильным золотым наночастицам и тканеинтегрирующему гидрогелю датчик оказался механически и оптически стабильным на протяжении нескольких месяцев.

Цветные объекты выцветают со временем. Золотые наночастицы, однако, не выцветают, а сохраняют свой цвет постоянно. Поскольку их можно легко покрыть разными рецепторами, они идеальная платформа для имплантируемых датчиков.

Эта концепция обобщаема и имеет потенциал продлить срок службы имплантируемых датчиков. В будущем золотонанопаartikelные имплантируемые датчики могли бы использоваться для наблюдения концентраций разных биомаркеров или лекарств в теле одновременно. Такие датчики могли бы найти применение в разработке лекарств, медицинских исследованиях или персонализированной медицине, таком как управление хроническими заболеваниями.