„Tatuajul invizibil” din nanoparticule de aur revoluționează diagnosticul medical

Nanoparticulele de aur încorporate într-un hidrogel poros pot fi implantate sub piele și utilizate ca senzori medicali. Senzorul este ca un tatuaj invizibil care detectează modificările concentrației de substanțe din sânge prin schimbarea culorii. Credit: bolnav. / ©: Grupul de nanobiotecnologie, Departamentul de chimie al JGU

Schimbările de culoare ale nanoparticulelor de aur de sub piele relevă modificări ale concentrației de substanțe din organism.

Ideea unor senzori implantabili care transmit în mod continuu informații despre valorile și concentrațiile vitale ale substanțelor sau medicamentelor din organism a fascinat medicii și oamenii de știință de mult timp. Astfel de senzori permit monitorizarea continuă a progresiei bolii și a succesului terapeutic. Cu toate acestea, până acum senzorii implantabili nu au fost adecvați pentru a rămâne în corp pentru totdeauna, dar au trebuit să fie înlocuiți după câteva zile sau săptămâni. Pe de o parte, există problema respingerii implantului, deoarece corpul recunoaște senzorul ca un obiect străin. Pe de altă parte, culoarea senzorului care indică modificări ale concentrației a fost instabilă până acum și s-a estompat în timp.

Oamenii de știință de la Universitatea Johannes Gutenberg din Mainz (JGU) au dezvoltat un nou tip de senzor implantabil care poate fi operat în organism timp de câteva luni. Senzorul se bazează pe nanoparticule nano-aurice stabile la culoare, care sunt modificate cu receptori pentru molecule specifice. Înglobat într-un țesut artificial de polimer, nanogoldul este implantat sub piele unde raportează modificări ale concentrațiilor medicamentului prin schimbarea culorii sale.

Implantul raportează informații ca „tatuaj invizibil”

Echipa de cercetare a profesorului Carsten Sönnichsen de la JGU a folosit nanoparticulele de aur ca senzori pentru a detecta cantități mici de proteine ​​în celulele cu flux microscopic de mulți ani. Nanoparticulele de aur acționează ca antene mici pentru lumină: o absorb și o împrăștie puternic și, prin urmare, arată colorată. Reacționează la schimbările din mediul înconjurător schimbând culoarea. Echipa Sönnichsen a folosit acest concept pentru simțul medical implantat.

Pentru a preveni plutirea particulelor fine sau degradarea lor de către celulele imune, acestea sunt încorporate într-un hidrogel poros cu o consistență asemănătoare țesutului. Odată implantate sub piele, vasele de sânge mici și celulele cresc în pori. Senzorul este integrat în țesut și nu este respins ca un corp străin. “Senzorul nostru este ca un tatuaj invizibil, nu mult mai mare decât un bănuț și mai subțire de un milimetru”, a declarat profesorul Carsten Sönnichsen, șeful Grupului de nanobiotecnologie de la JGU. Deoarece nanoparticulele de aur sunt în infraroșu, ele nu sunt vizibile ochiului. Cu toate acestea, un tip special de dispozitiv de măsurare poate detecta culoarea lor neinvaziv prin piele.

În studiul lor publicat în Scrisoarea Nano, Cercetătorii JGU și-au plasat senzorii de nanoparticule de aur sub pielea șoarecilor fără păr. Schimbările de culoare ale acestor senzori au fost monitorizate după administrarea diferitelor doze de antibiotic. Moleculele medicamentului sunt transportate către senzor prin fluxul sanguin. Legându-se de receptori specifici de pe suprafața nanoparticulelor de aur, acestea provoacă decolorare care depinde de concentrația medicamentului. Datorită nanoparticulelor de aur stabile la culoare și hidrogelului care integrează țesutul, s-a constatat că senzorul rămâne stabil din punct de vedere mecanic și optic timp de câteva luni.

Potențialul mare al nanoparticulelor de aur ca senzori medicali implantabili pe termen lung

„Suntem obișnuiți să albim obiecte colorate în timp. Cu toate acestea, particulele de nano aur nu înălbesc, ci își păstrează culoarea pentru totdeauna. „Deoarece pot fi purtate cu ușurință cu receptori diferiți, sunt o platformă ideală pentru senzorii implantabili”, a explicat Dr. Katharina Kaefer, prima autoră a studiului.

Noul concept este general și are potențialul de a prelungi durata de viață a senzorilor implantabili. În viitor, senzorii implantabili pe bază de nanoparticule de aur ar putea fi utilizați pentru a monitoriza concentrațiile biomarkerilor sau a diferitelor medicamente din organism simultan. Astfel de senzori pot fi aplicați în dezvoltarea de medicamente, cercetare medicală sau medicamente personalizate, cum ar fi gestionarea bolilor cronice.

Munca interdisciplinară în echipă a adus succes

Sönnichsen a avut ideea de a folosi nano-particule de aur ca senzori deja implantați în 2004, când și-a început cercetările în chimia biofizică ca nou profesor la Mainz. Cu toate acestea, proiectul nu a fost realizat doar zece ani mai târziu în colaborare cu Dr. Thies Schroeder și Dr. Katharina Kaefer, ambii oameni de știință de la JGU. Schroeder a avut experiență în cercetarea animalelor biologice și știința animalelor și a finalizat deja câțiva ani de muncă de cercetare în SUA. Kaefer căuta un subiect interesant pentru doctoratul ei și era deosebit de interesat de natura complexă și interdisciplinară a proiectului. Rezultatele inițiale au condus la un salariu acordat Kaefer de către Centrul Postuniversitar Max Planck (MPGC), precum și sprijin financiar din partea Stiftung Rheinland-Pfalz für Innovation.

„Un astfel de proiect necesită mulți oameni cu medii științifice diferite. „Pas cu pas am reușit să convingem tot mai mulți oameni de ideea noastră”, a spus fericit Sönnichsen. În cele din urmă, munca în echipă interdisciplinară a dus la dezvoltarea cu succes a primului senzor funcțional implantat cu nanoparticule de aur.

Referință: „Senzori implantați de nanoparticule de aur pentru monitorizarea concentrației continue pe termen lung în corp” de Katharina Kaefer, Katja Krüger, Felix Schlapp, Hüseyin Uzun, Sirin Celiksoy, Bastian Flietel, Ol Ax Heroedn, Thiver Schieser Cars, 30 martie 2021, Scrisoarea Nano.
DOI: 10.1021 / acs.nanolett.1c00887

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nanofibrele centrifugale multifuncționale pun un nou efect asupra măștilor COVID-19

Figura (A) Ilustrația schematică a procesului de producție a nanofibrelor polimerului centrifug polimer multispinning. (B) Nanofibrele polimerice sunt rotite de sistem. O...

Arheologii găsesc dovezi din monumentele de câini domestici din Peninsula Arabică Antică

Situat în regiunea tărâmurilor Alula, în nord-vestul Arabiei Saudite, acest cimitir este acum rar construit pe pământ pentru Arabia Neolitică-Calcolitică și este un ajutor...

Pe măsură ce straturile de gheață s-au topit, nivelul mării a crescut până la 18 metri

Se știe că creșterea nivelului mării datorită schimbărilor climatice este o amenințare majoră. Noile cercetări au arătat că evenimentele anterioare de pierdere a...

Oamenii de știință identifică genele umane care luptă împotriva infecției cu SARS-CoV-2

Vedere microscopică a coronavirusului. Credit: Yeti punctat Cercetările indică controlul genelor care stimulează interferonul SARS-CoV-2 Copie Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebis au...

Noua tehnică „Mașina timpului” dezvăluită pentru măsurarea celulei

Celulele dendritice (roșii / verzi co-colorate) într-un folicul limfoid (fragment de peyer) drenează intestinul (albastru). Credit: Wang Cao și Shengbo Zhang, WEHI Utilizând o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.