Наносенсор глюкозы для тканей использует неактивную глюкозооксидазу для непрерывного мониторинга

Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли разработали автономный флуоресцентный наносенсор для мониторинга глюкозы. Он основан на однослойных углеродных нанотрубках (SWCNT) и неактивной форме фермента глюкозооксидазы (GOx).

Ключевое преимущество: поскольку фермент неактивен, глюкоза не расходуется в процессе измерения. Это позволяет проводить непрерывную, обратимую и неинвазивную визуализацию уровня глюкозы в жидкостях и тканях организма. Результаты опубликованы в Angewandte Chemie International Edition.

Проблема традиционных сенсоров

Обычные электрохимические сенсоры на основе активной GOx имеют недостатки:

  • Производят токсичную перекись водорода.
  • Требуют громоздких электрических схем и батарей, что затрудняет создание имплантируемых устройств.

Решение: нанотрубки и неактивный фермент

SWCNT можно интегрировать в ткани. При возбуждении светом они излучают флуоресцентный сигнал в ближнем ИК-диапазоне, который проходит через ткани и регистрируется неинвазивно.

Ранее создание сенсоров на основе SWCNT и GOx было сложным, так как самый эффективный метод загрузки молекул на нанотрубки — сонация — инактивирует фермент GOx.

Ключевое открытие

Команда под руководством Маркиты П. Ландри опровергла предположение, что для детектирования глюкозы нужна активная GOx. С помощью сонации они создали сенсор GOx-SWCNT с неактивным ферментом. Он надежно, селективно и чувствительно определял глюкозу в сыворотке, плазме и срезах мозга мыши.

Объяснение: даже неактивная GOx способна связывать глюкозу, не превращая её. Этого связывания достаточно для модуляции флуоресцентного сигнала нанотрубок. Для полной независимости от активности фермента исследователи также создали вариант фермента apo-GOx, лишенный реакционной группы для преобразования глюкозы. Сенсор apo-GOx-SWCNT показал такую же надежность.

Преимущества подхода

  1. Упрощение производства: можно использовать эффективную сонацию.
  2. Отсутствие побочных продуктов: глюкоза не расходуется, не образуется токсичная H2O2.
  3. Обратимость измерений: позволяет проводить непрерывный мониторинг в тканях.