Уникальный неинвазивный нанодатчик для измерения меди в организме в режиме реального времени создали ученые НИТУ МИСИС в составе международного коллектива. По их словам, это открывает новые возможности для диагностики и лечения таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера и рак. Результаты опубликованы в журнале Analytical Chemistry.
Измерение уровня меди в организме играет важную роль в диагностике и лечении заболеваний, связанных с нарушением обмена меди, например, болезней Альцгеймера, Вильсона-Коновалова, Менкеса, а также различных видов рака. Кроме того, точное определение содержания меди необходимо для оценки эффективности новых лекарственных препаратов, содержащих медь, и изучения их накопления в тканях организма, рассказали ученые Университета науки и технологий МИСИС.
Специалисты вуза разработали универсальный высокоточный датчик, способный измерять физиологические концентрации меди в режиме реального времени. Он был успешно применен для определения содержания меди в различных биологических образцах: от отдельных клеток до целых органов, рассказали исследователи. По их словам, данная разработка открывает новые перспективы для диагностики и мониторинга заболеваний, связанных с нарушением обмена меди.
Старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории биофизики НИТУ МИСИС Ольга Красновская
Как утверждают ученые, новый датчик обладает рядом преимуществ перед существующими аналогами: он более точен, обеспечивает получение результатов в режиме реального времени и делает процедуру измерения менее инвазивной.
Уникальность разработки заключается в создании первого наноразмерного универсального датчика, способного проводить измерения как в микроскопических объектах размером 10-100 микрон, так и в целых органах, объяснили авторы исследования. Другие существующие датчики, как правило, создавались для решения конкретных задач и имели значительно большие размеры, что существенно ограничивало возможности их применения, особенно в биомедицинских исследованиях.
“Ранее для подобных исследований требовалось большое количество животных, поскольку процедура измерения была инвазивной и требовала забора образцов тканей в нескольких временных точках. Новый датчик позволяет проводить многократные измерения на одних и тех же животных, значительно сокращая количество необходимых экспериментальных животных и повышая точность и полноту получаемых данных”, — рассказал инженер научно-исследовательской лабораторией биофизики НИТУ МИСИС Роман Тимошенко.
По его словам, разработка уже сегодня позволяет проводить более точный мониторинг уровня меди при изучении заболеваний, связанных с нарушением обмена меди.
В ходе исследования были использованы наноразмерные капилляры из кварца, модифицированные углеродом, золотом и специальным соединением для специфичного связывания меди. В основе принципа обнаружения лежит электрохимическая реакция окисления и восстановления меди, регистрируемая с помощью циклической вольтамперометрии.
“Коллектив исследователей Университета МИСИС под руководством заведующего лабораторией биофизики Александра Ерофеева на протяжении ряда лет занимается созданием инновационных технологий для медицины, которые в будущем позволят упростить диагностику и лечение различных наследственных и онкологических заболеваний. Новый высокоточный датчик по измерению уровня меди в организме, разработанный нашими учеными, обладает рядом преимуществ перед существующими аналогами: он более точен, менее инвазивен, обеспечивает более оперативное получение результатов”, — сказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
На следующем этапе перед учеными стоит задача интеграции датчика в полноценное малогабаритное устройство, предназначенное для длительного мониторинга металлов в живых организмах.