Aмeрикaнскиe учeныe сoздaли миниaтюрный унивeрсaльный сeнсoр, кoтoрый в рeaльнoм врeмeни измeряeт кoнцeнтрaцию мoлeкул-мишeнeй в крoви
бoдрствующиx лaбoрaтoрныx живoтныx. Такое устройство открывает новые возможности для исследований фармакологии, физиологии и токсикологии лекарственных препаратов. Статья о разработке опубликована в
журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Неспособность непрерывно измерять концентрацию важных веществ непосредственно
в живых организмах — одно из ключевых ограничений биоаналитической химии. Конструкция сенсора,
способного измерять уровень молекул непосредственно в крови, должна обойти два
технических препятствия: измерение не должно быть разделенным на стадии и сенсор
должен быть стабилен в крови. Существуют сенсоры, которые обходят технические ограничения
и непрерывно определяют уровень отдельных соединений — глюкозы, лактата,
серотонина и некоторых других молекул в крови, но они работают на основе
специфических реакций молекул-мишеней и не универсальны: для каждого типа молекул нужно изобретать и оптимизировать собственную реакцию.
Одна из перспективных технологий, электрохимический аптамерный
датчик, обладает универсальностью, которой лишены реактивные датчики. Его
основа — аптамеры, молекулы нуклеиновых кислот длинной несколько десятков нуклеотидов, которые
специфически связываются с различными молекулами-мишенями. Благодаря
астрономическому числу сочетаний оснований в олигонуклеидной молекуле можно
найти аптамер практически к любой произвольной мишени. За счет специфического
связывания с мишенью такие датчики также очень устойчивы к засорению при работе
в крови.
Ученые из университета Калифорнии взяли аптамерный датчик за
основу своей новой разработки. Они создали микрофлюидный чип, который пропускал
к датчику только небольшие молекулы, не допуская крупные и медленно движущиеся
клетки крови. Для того, чтобы дополнительно защитить сенсор от засорения, они
покрыли его биосовместимой мембраной. Защищенный биосенсор ученые использовали
для измерения концентрации в крови крыс доксорубицина — известного противоракового препарата. Во время пятичасового мониторинга сенсор продемонстрировал наномолярную
точность измерения.
Чтобы показать универсальность сенсора, ученые использовали
сменный аптамерный элемент для распознавания другого типа веществ — антибиотиков аминогликозидов. Биосенсор
также быстро показал изменение концентрации препарата во время серии инъекций. Сенсор, введенный через катетер в яремную
вену, позволил животным двигаться почти беспрепятственно и дал непрерывный доступ
к данным о концентрации антибиотика в крови бодрствующего животного.
Этот биосенсор оказался способен быстро и непрерывно считывать
информацию об уровне молекул-мишеней в реальном времени, в течение нескольких
часов, даже на бодрствующем животном. С таким функционалом фармакологи смогут
увидеть как быстро усваивается лекарственный препарат, физиологи — отследить распространение
гормонов и метаболитов в крови с новым уровнем точности.
Новый биосенсор в ближайшее
время смогут использовать только ученые и медики, однако уже сейчас существуют накожные микрофлюидные чипы, которые могут представлять интерес для спортсменов.
Анна Маньшина
N+1
