Идея имплантируемых датчиков, которые непрерывно передают информацию о жизненно важных показателях и концентрациях веществ или лекарств в организме, долгое время очаровывала врачей и ученых. Такие датчики позволяют постоянно отслеживать прогрессирование заболевания и эффективность лечения. Однако до сих пор имплантируемые датчики не подходили для того, чтобы оставаться в теле постоянно, и их приходилось заменять через несколько дней или недель. С одной стороны, существует проблема отторжения имплантата, потому что организм распознает датчик как инородный объект. С другой стороны, цвет датчика, указывающий на изменение концентрации со временем терял свою яркость.
Ученые из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU) разработали новый тип имплантируемого датчика, который может работать в организме в течение нескольких месяцев. Датчик основан на устойчивых к цвету наночастицах золота, которые модифицированы рецепторами для определенных молекул. Нанозолото, внедренное в искусственную полимерную ткань, имплантируется под кожу, где оно сообщает об изменениях концентрации лекарств, изменяя свой цвет.
Чтобы крошечные частицы не уплыли или не разложились иммунными клетками, они заключены в пористый гидрогель, имеющий тканеподобную консистенцию. После имплантации под кожу мелкие кровеносные сосуды и клетки прорастают в поры. Датчик встроен в ткань и не отклоняется как инородное тело.
Профессор Карстен Зённиксен, глава группы нанобиотехнологий в JGU, сказал:
Наш датчик похож на невидимую татуировку, размером не больше пенни и тоньше одного миллиметра. Поскольку наночастицы золота являются инфракрасными, они не видны глазу. Однако специальный измерительный прибор может неинвазивно определять их цвет через кожу.
В своем исследовании, опубликованном в Nano Letters, исследователи JGU имплантировали свои датчики с наночастицами золота под кожу безволосых крыс. За изменением цвета этих сенсоров следили после введения различных доз антибиотика. Молекулы лекарства транспортируются к датчику через кровоток. Связываясь со специфическими рецепторами на поверхности наночастиц золота, они вызывают изменение цвета, зависящее от концентрации лекарства. Благодаря наночастицам золота стабильной окраски и гидрогелю, интегрирующему ткани, датчик оставался механически и оптически стабильным в течение нескольких месяцев.
Новая концепция является универсальной и может продлить срок службы имплантируемых датчиков. В будущем имплантируемые сенсоры на основе наночастиц золота можно будет использовать для одновременного наблюдения за концентрациями различных биомаркеров или лекарств в организме. Такие датчики могут найти применение при разработке лекарств, медицинских исследованиях или персонализированной медицине, например, при лечении хронических заболеваний.
