Новое поколение наносенсоров
Оксид азота (NO) является одной из наиболее важных сигнальных молекул в живых клетках. Во многих злокачественных клетках регистрируются аномальные уровни оксида азота, однако о поведении этой молекулы как в здоровых, так и в патологически измененных клетках известно очень мало.
Исследователи Массачусетского технологического института, работающие под руководством профессора Майкла Страно (Michael Strano), создали на основе углеродных нанотрубок имплантируемый под кожу сенсор, позволяющий осуществлять мониторинг оксида азота на протяжении года, а также растворимый сенсор для введения в кровоток. Одним из потенциальных назначений таких сенсоров является мониторинг воспалительных реакций, побочным продуктом которых является оксид азота.
Углеродные нанотрубки, представляющие собой полые цилиндры из чистого углерода толщиной 1 нанометр, являются перспективным материалом для изготовления наносенсоров. Сотрудники лаборатории Страно недавно разработали сенсоры на основе углеродных нанотрубок для определения различных молекул, в том числе пероксида водорода, а также токсичных соединений, таких как газ нервно-паралитического действия зарин. В основе механизма действия таких сенсоров лежит естественная способность углеродных нанотрубок к флуоресценции. Сенсор представляет собой комплекс нанотрубок и соединения, избирательно связывающегося с определенной мишенью, что усиливает или ослабляет флуоресценцию комплекса.
В рамках своей последней работы исследователи модифицировали созданный ранее сенсор для выявления оксида азота, представляющий собой углеродные нанотрубки, обернутые цепочкой ДНК, нуклеотиды которой расположены в определенной последовательности. Результатом работы стало создание двух разновидностей сенсоров, одна из которых предназначена для внутривенного введения и краткосрочного мониторинга уровня оксида азота, а вторая покрыта специальным гелем и пригодна для имплантации под кожу на долгосрочный период.
Пригодность первого варианта сенсоров для инъекций обеспечивается прикрепляемыми к ним молекулами биосовместимого полимера полиэтиленгликоля (ПЭГ), предотвращающего агрегацию частиц в кровотоке. При введении мышам такие сенсоры проходят через сосуды легких и сердца, не причиняя вреда организму. Впоследствии бОльшая часть из них накапливаются в печени, где их можно использовать для мониторинга концентрации оксида азота, ассоциированного с воспалением.
Долгоживущие сенсоры (на снимке) представляют собой нанотрубки, покрытые альгинатом – полимером, выделяемым из водорослей. При имплантации под кожу мыши такие сенсоры сохраняют функциональность в течение, по крайней мере, 400 дней. Они могут использоваться для мониторинга злокачественных опухолей или других воспалительных заболеваний, а также для выявления иммунных реакций у пациентов с искусственными суставами или другими имплантатами.
Для чтения результатов мониторинга исследователи светят на место имплантации сенсора лазером, испускающим свечение в ближней инфракрасной области спектра, что позволяет отличить флуоресценцию нанотрубок от фоновой флуоресценции.
В настоящее время авторы работают над адаптацией предложенной ими технологии для мониторинга концентрации глюкозы в организме. Конечной целью этого направления работы является создание сенсоров, которые позволят пациентам с сахарным диабетом осуществлять мониторинг глюкозы в крови в режиме реального времени.
Статья Nicole M. Iverson et al. In vivo biosensing via tissue-localizable near-infrared-fluorescent single-walled carbon nanotubes опубликована в журнале Nature Nanotechnology.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Massachusetts Institute of Technology:
New implantable sensor paves way to long-term monitoring.
05.11.2013