Имплантируемые биосенсоры получают значительное увеличение срока службы благодаря технологии покрытия, подавляющего биообрастание
Носимые и имплантируемые биосенсоры, способные точно обнаруживать биологические молекулы неинвазивным или малоинвазивным способом, обладают огромным потенциалом для мониторинга физиологии пациентов и их реакции на терапию. Однако срок службы таких устройств ограничен из-за явления "биообрастания" (biofouling), когда бактерии, клетки человека или различные молекулы из биожидкостей накапливаются на поверхности сенсора, блокируя его взаимодействие с целевой молекулой (аналитом) и мешая генерации электрического сигнала. Имплантированные сенсоры также могут провоцировать "реакцию на инородное тело", вызывая нежелательную активацию провоспалительных иммунных клеток и фиброз тканей.
Мультидисциплинарная исследовательская группа из Wyss Institute при Гарвардском университете разработала новую технологию покрытия, которая может значительно увеличить срок службы имплантируемых и носимых биосенсоров, сохраняя их способность к электрической сигнализации. Это открывает возможность для непрерывных измерений аналитов в биожидкостях в течение многих недель.
Ключевые характеристики покрытия:
- Состоит из сшитой решетки бычьего сывороточного альбумина (BSA) и функционализированного графена.
- Графен обеспечивает эффективную электрическую сигнализацию.
- Решетка BSA образует естественный барьер, предотвращающий неспецифическое связывание широкого спектра биологических и молекулярных загрязнителей.
- Позволяет стабильно включать в покрытие антитела для обнаружения аналитов и антибиотики для активной борьбы с биообрастанием.
Доказательство эффективности:
В ходе исследования команда продемонстрировала, что покрытие на электрохимических сенсорах:
- Ингибировало рост бактерий Pseudomonas aeruginosa, ответственных за образование антибиотикорезистентных биопленок.
- Предотвращало адгезию первичных фибробластов человека и нежелательную активацию иммунных клеток вблизи сенсора.
- Сохраняло функциональность сенсоров, предназначенных для связывания двух важных воспалительных белков, при воздействии сложной человеческой плазмы в течение более трех недель.
"С этой новой технологией покрытия, которая может обеспечить долговременную защиту имплантируемых биосенсоров, мы устранили ключевое узкое место в разработке электрохимических in vivo сенсоров следующего поколения", — сказал руководитель исследования Дональд Ингбер (Donald Ingber, M.D., Ph.D.), директор-основатель Wyss Institute.
Технология может быть изготовлена из недорогих компонентов в простом масштабируемом процессе. Wyss Institute запатентовал эту разработку и ищет партнеров для продвижения ее в реальные приложения.