Изобретен первый в мире датчик, который отслеживает воспаление в режиме реального времени
Это может стать новым эффективным способом мониторинга здоровья и заболеваний. Устройство может совершить революцию в лечении заболеваний, сопоставимую с появлением непрерывного мониторинга глюкозы для диабетиков.
** Еще больше интересного в моем канале продуктовые штучки**
Это действительно важно?
Воспаление — это естественная защитная реакция организма на микробы, травмы и другие раздражители. По оценкам, 50% всех смертей приписываются заболеваниям, связанным с воспалением, включая рак и болезни сердца.
Несмотря на важность воспаления для здоровья человека, у ученых и врачей не было инструмента для точного мониторинга роста и спада воспаления в организме.
В статье в Science биоинженеры из Chan Zuckerberg Biohub Chicago и Northwestern University представили датчики, которые непрерывно измеряют концентрации воспалительных белков у животных в режиме реального времени. На животной модели диабета команда показала, что эти датчики точно и чувствительно определяют изменяющиеся уровни белковых биомаркеров воспаления с течением времени.
Что это дает?
Если исследователи смогут глубже понять и контролировать воспаление в организме человека в режиме реального времени, они смогут вмешиваться и даже предотвращать заболевания, связанные с воспалением.
Работа является значительным шагом в понимании воспаления и может обеспечить прорывы во многих заболеваниях, от острых до хронических.
Это потенциально сопоставимо с тем, как непрерывный мониторинг уровня глюкозы произвел революцию в лечении диабета: улучшили результаты лечения пациентов, предотвратили осложнения заболевания и значительно сократили расходы в системе здравоохранения каждый год.
Создание технологии
Когда в 2023 году началась работа CZ Biohub Chicago над созданием новых инструментов для понимания и модуляции воспаления, команда приступила к внедрению датчиков в ткани для отслеживания воспаления.
Они сразу же столкнулись с препятствием. Чтобы отслеживать воспаление, команде сначала нужен был способ измерения уровня белка, участвующего в воспалении. Большинство современных устройств непрерывного мониторинга измеряют небольшие молекулы, такие как глюкоза, а не белки, которые больше и крепче прикрепляются к рецепторам, чем небольшие молекулы. Любой датчик уровня белка сталкивается с проблемой: белки так сильно прикрепляются к целевым участком связывания, таким как на антителах, что они остаются на них в течение 20 часов или более. Эта сильная привязка сделала практически невозможным измерение колебаний уровня белка в реальном времени.
Чтобы преодолеть это препятствие, у команды появилась идея. Лаборатория Келли в Северо-Западном университете ранее разработала белковые датчики с уникальной способностью.
Нанодатчики, названные «маятниковыми» датчиками за их форму и колебательное движение, движутся вперед и назад. Это движение создает достаточно силы, чтобы стряхнуть связанный белок.
Лаборатория Келли использовала датчики для обнаружения белков в жидкостях. Команда CZ Chicago Biohub задалась вопросом, могут ли эти датчики работать на животных. К радости ученых, маятниковые датчики работали именно так, как и ожидалось и планировалось.
Результаты
Команда разместила датчики на крысах, используемых для изучения диабета. Воспаление и диабет тесно связаны: когда диабет плохо контролируется, он может вызывать воспаление и повреждение тканей, и это одна из главных причин, по которой у людей с диабетом возникают осложнения, такие как сердечные приступы, инсульты и проблемы с почками.
Команда Biohub спроектировала датчики для обнаружения двух белков, которые являются маркерами воспаления. Затем они создали имплантируемое микроустройство с электродом и датчиками внутри тонкой микроиглы, имплантировали устройство на кожу диабетических крыс и инициировали непрерывный мониторинг белков в жидкости прямо под кожей.
Когда крысы голодали и уровень глюкозы в крови находился под контролем, исследователи наблюдали снижение уровня воспалительных белков. И наоборот, когда крысам вводили вещество, возбуждающее иммунную систему, концентрация белка быстро увеличивалась.
Датчики были настолько чувствительны, что каждый раз, когда крысе делали укол инсулина, устройство обнаруживало небольшой локальный всплеск воспаления, вызванный уколом иглы. Чтобы подтвердить, что измерения с датчиков соответствуют тому, что на самом деле происходит в организме, команда провела тесты ELISA, золотой стандарт лабораторного метода для обнаружения белков в биологических жидкостях. Два набора данных совпали.
Какое отншение это имеет к здоровью человека?
По словам разработчиков, устройство и датчики изготовлены из биосовместимых материалов и рассчитаны на безопасную работу в организме в течение как минимум двух недель. После успешного исследования на животных команда CZ Biohub Chicago продолжает изучать, как меняется воспаление, когда крысы едят разную пищу и сталкиваются с разной средой и условиями.
Биоинженеры также используют датчики для тканей человеческих органов. Конечной целью, конечно, является нахождение способа отслеживать здоровье человека.
Носимые устройства могут применяться для лечения хронических заболеваний в самых разных условиях, выявляя спады или скачки концентрации соответствующего белка еще до того, как у пациента появятся симптомы.
Что такое Chan Zuckerberg Biohub?
Это лаборатория фонда Chan Zuckerberg, созданная год назад. Присцилла Чан вместе с мужем инвестировала более $50 млрд в науку и технологии. В течение 10 лет Цукерберг с женой инвестируют в создание нового биоцентра $250 млн.
Лаборатория уже успела создать:
- перую в мире виртуальную лабораторию из команды ИИ-ученых под руководством ИИ-профессора. ИИ выступает как полноценный партнер в исследованиях. Лаборатория разработала новые нанотела (микроскопические антитела) для борьбы с последними вариантами коронавируса.
Хорошие новости в медицине - хорошие новости для всех, это конечно интересная вещь этот датчик, но проблема в том что в организме воспаление есть всегда, вопрос в том какой интенсивности...