Новая разработка ученых Сколтеха
«Умный» датчик оценит состояние раны
Исследователи из Сколтеха и Техасского университета в Остине (США) представили экспериментально подтвержденную концепцию носимого датчика, который способен через повязку отслеживать процесс заживления ран, язв и других хронических повреждений кожи. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Sensors (Simoska et al., Electrochemical Detection of Multianalyte Biomarkers in Wound Healing Efficacy).
Плохо заживающие хронические раны на коже, такие как язвы на ногах при диабете или пролежни, крайне сложно поддаются лечению и вызывают серьезный дискомфорт у пациентов. Для контроля за процессом заживления и подбора необходимого лечения врачам и медсестрам приходится снимать повязку; при этом повреждаются уже восстановившиеся участки кожного покрова, а у пациента возникают болезненные ощущения. Кроме того, это требует повторных визитов к врачу для предотвращения инфицирования раны. Визуального осмотра раны зачастую бывает недостаточно, поэтому приходится использовать другие методы обследования, такие как биопсия, мазки с поверхности раны или анализ на наличие патогенов. Все эти дорогостоящие инвазивные процедуры могут занимать не один день и при этом не давать нужной информации для выбора стратегии лечения.
В центре внимания разработчиков медицинской техники сейчас находится технология «умных» повязок, которые представляют собой носимые датчики, способные отслеживать уровень биомаркеров в процессе заживления раны. Группа исследователей из России и США под руководством первого проректора Сколтеха профессора Кита Стивенсона исследовала электроаналитические методы, имеющие широкие перспективы клинического применения благодаря их относительной простоте, чувствительности, надежности и ряду других преимуществ.
«На начальных этапах исследования нам удалось описать характеристики и продемонстрировать высокую чувствительность и селективность датчика при анализе множества компонентов в сложных биологических смесях, имитирующих реальную биологическую среду», − рассказывает профессор Стивенсон.
Для целей исследования ученые разработали прототип электроаналитического датчика на основе углеродных ультрамикроэлектродных решеток (CUA) на гибких подложках. Если в предыдущих работах датчик устанавливался на кварцевую подложку, то в данном исследовании авторы разработали специальный метод для размещения решеток на подложке из полиэтилентерефталата (ПЭТ) для повышения гибкости датчика.
Исследователи также разработали модель естественной биологической среды вокруг раны, с помощью которой проверяли чувствительность датчика к трем основным биомаркерам: пиоцианин, который вырабатывается бактерией Pseudomonas aeruginosa, образующей колонии в области хронических ран; оксид азота (NO*), который клетки иммунной системы продуцируют для защиты от бактериальных инфекций; мочевая кислота – продукт метаболизма, уровень которого напрямую связан с тяжестью повреждения. Все эти соединения являются электроактивными: это означает, что они реагируют на электрическую активность и могут быть обнаружены электроаналитическим датчиком.
В ходе тестирования было показано, что порог чувствительности и линейный динамический диапазон датчика, т.е. диапазон, в котором датчик выдает значимые количественные результаты, соответствуют диапазону биологически обоснованных концентраций. Это означает, что устройства на основе таких датчиков можно использовать в клинических условиях для контроля за заживлением ран. Исследователи также протестировали датчик на клеточных культурах, где он успешно обнаружил пиоцианин, вырабатываемый бактериями P.aeruginosa, и оксид азота (NO*), продуцируемый макрофагами − иммунными клетками, уничтожающими бактерии и другие опасные микроорганизмы. Также при помощи датчика удалось обнаружить влияние известного антимикробного вещества − ионов серебра (Ag+), подавляющих выработку пиоцианина бактериями.
«Следующим шагом станет использование данной технологии для исследований in vivo и мониторинга эффективности лечения ран у пациентов в клинических условиях в режиме реального времени», − отмечает профессор Стивенсон.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru