Исследователи разработали носимый неинвазивный датчик, который отслеживает биомаркер воспаления в поте человека. Они говорят, что устройство могут использовать дома люди с хроническими воспалительными заболеваниями.
Воспаление связано с целым рядом психических и физических расстройств, в том числе с тремя главными убийцами в мире: ишемической болезнью сердца, инсультом и хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ).
В то время как острая воспалительная реакция является естественным способом борьбы организма с инфекцией и ускорения заживления, длительное или хроническое воспаление может привести к необратимому повреждению тканей. Способность быстро и легко обнаружить воспаление является ключом к его лечению. Измерение уровня С-реактивного белка (СРБ) в крови обычно используется в качестве биомаркера воспаления, но требует сложного лабораторного оборудования и персонала для анализа образца крови.
Теперь исследователи из Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт) разработали новый носимый датчик под названием InflaStat, который беспроводным и неинвазивным образом отслеживает воспаление, измеряя уровень СРБ в человеческом поте.
Исследователям пришлось преодолеть некоторые препятствия, прежде чем приступить к созданию своего первого в своем роде датчика для анализа пота. Главный из них заключается в том, что CRP труднее обнаружить, чем другие молекулы. Он присутствует в крови в гораздо более низких концентрациях, чем другие биомаркеры, а его молекулы намного крупнее, а это означает, что их выделение из кровотока в пот затруднено.
«Это были основные проблемы, которые мешали людям делать ношение СРБ раньше», — сказал Вэй Гао, автор исследования. «Нам нужна высокая чувствительность для автоматического мониторинга очень низких концентраций СРБ на коже».
InflaStat изготовлен из графена с лазерной гравировкой, содержащего крошечные поры, которые создают большую площадь поверхности. Поры содержат антитела, которые связываются с СРБ, и специальные молекулы, называемые окислительно-восстановительными молекулами, способные генерировать небольшой электрический ток при определенных условиях. В структуру сенсора встроены наночастицы золота, каждая из которых несет отдельный набор антител, обнаруживающих СРБ.
Когда молекулы CRP из пота носителя попадают в датчик, они прикрепляются как к детекторным антителам, так и к антителам в порах графена. Затем наночастицы прикрепляются к графену и активируют окислительно-восстановительные молекулы для генерации электрического тока, который считывается электронными компонентами, прикрепленными к датчику.
Поскольку каждая наночастица золота содержит множество детекторных антител, сигнал, который очень маленький — усиливается намного больше, чем сигнал, который производит одна молекула СРБ.
Исследователи протестировали InflaStat на здоровых участниках, пациентах с ХОБЛ и участниках, выздоровевших от инфекции COVID. Они обнаружили, что датчик удобно носить и он может получать информацию о воспалительных биомаркерах неинвазивно и без проводов. Данные отображались в специальном приложении для смартфона в режиме реального времени. Как и ожидалось, уровни СРБ у пациентов с ХОБЛ и пост-COVID-инфекцией были значительно выше, чем у здоровых участников. Исследователи обнаружили, что датчик точно определял уровни CRP в поте, которые коррелировали с уровнями в крови.
Исследователи говорят, что результаты их исследования демонстрируют, что их датчик можно использовать для неинвазивного домашнего мониторинга хронических заболеваний, таких как воспалительное заболевание кишечника или ХОБЛ. Более того, они говорят, что его можно адаптировать для тестирования других биомаркеров следового уровня и связанных с заболеванием.
«Это общая платформа, которая позволяет нам отслеживать молекулы чрезвычайно низкого уровня в жидкостях нашего организма». — сказал Гао. «Мы надеемся расширить эту платформу для мониторинга других клинически значимых молекул белков и гормонов. Мы также хотим посмотреть, можно ли это использовать для лечения хронических заболеваний. Воспаление представляет собой риск для многих пациентов. Если бы их можно было наблюдать дома, можно было бы определить их риск и своевременно лечить».
Исследование было опубликовано в журнале Nature Biomedical Engineering и ниже. Видео, созданное Калифорнийским технологическим институтом, показывает, как датчик работает для обнаружения CRP.
Носимый датчик обнаруживает внутреннее воспаление
