Микровибрационные микронити: путь к быстрому и малоинвазивному обнаружению биомаркеров

Учёные создали новый способ быстрого и малоинвазивного обнаружения глюкозы с помощью микронитей. Эти набухающие гидрогелевые микронити извлекают значительное количество кожной жидкости всего за пять минут, что является менее инвазивной альтернативой анализам крови из пальца.

Извлечение интерстициальной жидкости (ISF) для диагностики долгое время было сложным процессом. Традиционные методы, такие как создание отсосных пузырей и сонофорез, не только требуют много времени, но и часто приводят к значительному повреждению самого внешнего слоя кожи — рогового слоя, вызывая локальную травму.

Микронити (MNs) стали многообещающей альтернативой, предлагая менее инвазивный доступ к ISF. Однако существующие технологии ограничены малыми объёмами извлечения и длительным временем процедуры, обычно требующим 10–15 минут для получения лишь небольшого количества ISF. В связи с этим критически необходимы исследования для разработки более быстрых и эффективных методов извлечения ISF.

В исследовании, опубликованном в Microsystems & Nanoengineering, учёные из Университета Южного Квинсленда (Австралия) представили новый подход к извлечению ISF с использованием двухслойных спиральных микронитей с микровибрацией.

Исследование описывает разработку и тестирование этих микронитей, предназначенных для быстрого и эффективного извлечения ISF для сенсорного анализа биомаркеров.

В работе представлены два инновационных типа спиральных набухающих массивов микронитей, предназначенных для быстрого извлечения интерстициальной жидкости (ISF).

Первый массив состоит из желатина метакрилоила (GelMA) и PVA, а второй включает комбинацию поливинилового спирта (PVA), поливинилпирролидона (PVP) и гиалуроновой кислоты (HA). Эти микронити продемонстрировали впечатляющие коэффициенты набухания 560 ± 79.6% и 370 ± 34.1% в искусственной ISF всего за 10 минут соответственно.

Ключевым нововведением исследования стала разработка специального аппликатора на базе Arduino, который вибрирует с частотой 50–100 Гц. Эта технология микровибрации значительно повышает эффективность проникновения микронитей в кожу, обеспечивая более эффективное поглощение ISF.

В ex vivo тестах на коже ушей свиньи микронити GelMA/PVA смогли быстро поглотить 6.41 ± 1.01 мг ISF всего за пять минут, в то время как микронити PVA/PVP/HA извлекли 5.38 ± 0.77 мг за тот же промежуток времени.

Для проверки способности микронитей извлекать глюкозу в качестве целевого биомаркера использовалась процедура мягкого нагрева с последующим определением концентрации глюкозы с помощью набора для анализа содержания D-глюкозы. Результаты показали, что микронити могут эффективно извлекать ISF и обнаруживать глюкозу, что указывает на их потенциал для быстрого и малоинвазивного сенсорного анализа биомаркеров.

Это исследование не только решает проблемы существующих методов извлечения ISF, но и открывает новые пути для разработки диагностических систем у постели больного и устройств для мониторинга здоровья в реальном времени.

По словам ведущего исследователя доктора Захры Фараджи Рад: «Это исследование представляет собой значительный прогресс в области малоинвазивной диагностики. Комбинация новой конструкции микронитей и технологии микровибрации может упростить способ извлечения и анализа биомаркеров, сделав процесс быстрее, эффективнее и менее инвазивным».

Разработка этих микронитей имеет широкие перспективы для диагностики у постели больного для обнаружения биомаркеров. Они предлагают жизнеспособную альтернативу традиционному забору крови, особенно в условиях ограниченных ресурсов или для пациентов, требующих частого мониторинга.

Способность этих микронитей к быстрому извлечению ISF и эффективному обнаружению глюкозы указывает на их потенциал для использования в лечении хронических состояний, таких как диабет, где для анализа глюкозы обычно требуются частые уколы пальца для забора крови.