Имплант сообщает информацию как «невидимую татуировку»
Исследовательская группа профессора Карстена Соенничсена в JGU уже много лет использует наночастицы золота в качестве датчиков для обнаружения крошечных количеств белков в микроскопических проточных ячейках. Наночастицы золота действуют как маленькие антенны для света: они сильно поглощают и рассеивают его, поэтому кажутся красочными. Они реагируют на изменения в окружающей среде изменением цвета.
Команда Соенничсена использовала эту концепцию для имплантации медицинских датчиков.
Чтобы крошечные частицы не уплыли или не разложились иммунными клетками, они заключены в пористый гидрогель с консистенцией, напоминающей ткань. После имплантации под кожу мелкие кровеносные сосуды и клетки прорастают в поры. Датчик встроен в ткань и не отклоняется как инородное тело. «Наш датчик похож на невидимую татуировку, размером не больше пенни и тоньше одного миллиметра», – сказал профессор Карстен Соенничсен, глава группы нанобиотехнологий в JGU.
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 золотых наночастиц 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, которое зависит от концентрации лекарства. Благодаря стабильным по цвету наночастицам золота и интегрирующему с тканями гидрогелю, датчик оставался механически и оптически стабильным в течение нескольких месяцев.
Огромный потенциал наночастиц золота как долговечных имплантируемых медицинских датчиков
"Мы привыкли, что цветные объекты со временем обесцвечиваются. Однако наночастицы золота не обесцвечиваются, а навсегда сохраняют свой цвет. Поскольку они могут быть легко покрыты различными рецепторами, они являются идеальной платформой для имплантируемых датчиков ", – пояснил доктор.
Катарина Кефер, первый автор исследования.
Новая концепция универсальна 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.
Междисциплинарная командная работа принесла успех
Идея использования наночастиц золота в качестве имплантированных сенсоров возникла у Соенничсена еще в 2004 году, когда он начал свои исследования в области биофизической химии в качестве младшего профессора в Майнце. Однако проект был реализован только через десять лет в сотрудничестве с Dr.
Тиз Шредер и доктор. Катарина Кефер, обе ученые из JGU. Шредер имел опыт в биологических исследованиях и лабораторных исследованиях животных и уже провел несколько лет исследовательской работы в США.
Кефер искала интересную тему для своей докторской диссертации, и ее особенно интересовал сложный и междисциплинарный характер проекта. Первоначальные результаты привели к тому, что Kaefer получил стипендию от Центра выпускников Макса Планка (MPGC), а также финансовую поддержку от Stiftung Rheinland-Pfalz fur Innovation. "Для такого проекта требуется много людей с разным научным опытом. Шаг за шагом мы смогли убедить в своей идее все больше и больше людей », – радостно сказал Соеннихсен.
В конечном итоге именно междисциплинарная командная работа привела к успешной разработке первого функционального имплантированного сенсора с наночастицами золота.