Ученые создали микроустройство, напоминающее глюкометр, которое позволяет непрерывно измерять белковые маркеры воспаления. Устройство состоит из электрода, датчика из нитей ДНК, которые временно связываются с белками, и тонкой иглы. Разработка поможет исследователям лучше отслеживать, как меняется состав белков в организме при разных физиологических состояниях и болезнях. Результаты опубликованы в журнале Science.
Существует множество датчиков для непрерывного обнаружения небольших молекул, таких как глюкоза. Однако датчики для белков, которые крупнее и сложнее по структуре, разработать сложнее. Чтобы обнаружить белки в биологических жидкостях, ученые обычно используют ДНК-рецепторы. Они связываются с белками и извлекают их из биологических жидкостей. Проблема в том, что такие рецепторы работают «слишком хорошо». Они очень прочны и удерживают белки более 20 часов. Из-за этого исследователи не могут измерять колебания уровня белков в крови в реальном времени.
Теперь ученые разработали наноразмерные датчики, которые решают эту проблему. Они выглядят как ряды выпуклых маятников из двухцепочечной нити ДНК. Один конец нити ДНК прикреплен к электроду, а противоположный — к другому фрагменту ДНК, который связывается с нужным белком. Когда исследователи прикладывают переменное электрическое поле, маятникообразные датчики раскачиваются вперед-назад, сбрасывая белки в течение всего одной минуты и захватывая другие. Так ученые решили проблему крепкого связывания датчиков и белков и невозможности постоянного наблюдения за меняющимся составом. Принцип работы изобретения ученые сравнили с тем, как яблоки падают с дерева. Если его потрясти рукой или порывом ветра, то плоды упадут с яблони. Аналогичным образом исследователи «стряхивают» белки с рецепторов в разработанном ими устройстве.
Ученые успешно протестировали разработку в лаборатории и затем опробовали ее на крысах с сахарным диабетом. С помощью иглы разработанные датчики вводятся в кожу. Толщина иглы не превышает толщины трех человеческих волос. Исследователи наблюдали за маркерами воспаления — двумя видами цитокинов. Это маленькие белковые молекулы, которые активируют иммунный ответ, заставляют иммунные клетки делиться и развиваться в ответ на воспалительную реакцию в организме.
Датчики успешно зафиксировали изменения концентрации обоих белков в жидкости. Когда мыши голодали или получали инсулин, датчики отслеживали снижение уровня цитокинов. И наоборот, когда исследователи вводили животным вещество, возбуждающее иммунную систему, уровень воспалительных цитокинов быстро повышался. Датчики были очень чувствительными — каждый раз, когда крысе делали инъекцию инсулина, устройство обнаруживало небольшое воспаление в месте, где игла прокалывала кожу.
Хотя новое устройство хорошо подходит для измерения уровня воспаления, научная группа планирует использовать его для отслеживания и других белковых маркеров. В частности, они хотят работать с маркерами сердечной недостаточности, например натрийуретическим пептидом В-типа (BNP).
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
