Нанодатчики на основе углеродных нанотрубок можно имплантировать под кожу на год
Оксид азота (NO) — одна из важнейших сигнальных молекул в живых клетках, передающая сообщения в мозге и координирующая функции иммунной системы. Во многих раковых клетках его уровень нарушен, но о поведении NO как в здоровых, так и в раковых клетках известно очень мало.
Исследователи из MIT под руководством профессора Майкла Страно создали датчик, способный мониторить NO в живых организмах более года. Датчики, описанные в выпуске Nature Nanotechnology от 3 ноября, можно имплантировать под кожу для отслеживания воспаления — процесса, производящего NO. Это первая демонстрация работы нанодатчиков в теле в течение столь длительного срока.
Принцип работы датчиков
Датчики сделаны из углеродных нанотрубок — полых цилиндров из чистого углерода толщиной в один нанометр. Они используют естественную флуоресценцию нанотрубок, которую изменяет молекула, специфично связывающаяся с целевым веществом (в данном случае — NO). Для детекции NO нанотрубки были обёрнуты в ДНК с определённой последовательностью.
Два типа сенсоров
Команда модифицировала нанотрубки, создав два типа датчиков:
- Инъекционные частицы для краткосрочного мониторинга в кровотоке. Для этого к нанотрубкам присоединили биосовместимый полимер PEG, предотвращающий слипание частиц. При инъекции мышам частицы накапливались в печени, не причиняя вреда сердцу и лёгким.
- Имплантируемый долгосрочный сенсор, где нанотрубки встроены в гель из альгината (полимера из водорослей). При имплантации под кожу мышей гель оставался на месте и функционировал 400 дней, а потенциально может работать ещё дольше.
Для считывания сигнала на датчики направляют лазер ближнего инфракрасного диапазона, а флуоресцентный сигнал считывают прибором, отличающим свечение нанотрубок от фоновой флуоресценции.
Применение и перспективы
Такие датчики можно адаптировать для детекции других молекул, включая глюкозу. Команда Страно сейчас работает над сенсорами для диабетиков, которые можно было бы имплантировать под кожу для мониторинга уровня глюкозы или инсулина, что устранило бы необходимость в заборе крови.
Точность и стабильность таких датчиков может стать ключом к созданию замкнутой системы (closed-loop system) для диабета: сенсора в реальном времени, подключённого к инсулиновой помпе, которая автоматически вводит инсулин по необходимости.