Biohybridní kožní štěp: Fluorescenční okno pro monitorování vnitřního zdraví

Biohybridní kožní štěp: Fluorescenční okno pro monitorování vnitřního zdraví

Nositelná zdravotnická zařízení, jako jsou chytré hodinky, jsou dnes samozřejmostí a umožňují nepřetržité sledování fyziologických signálů na povrchu kůže. Nedávno výzkumný tým v Japonsku vyvinul biohybridní přístup, který funguje uvnitř těla a mění umělou kůži na viditelný indikátor vnitřních biologických stavů.

Společná výzkumná skupina vedená Tokyo City University a University of Tokyo ve spolupráci s RIKEN a Canon Medical Systems Co.displej živého senzoru: umělý kožní štěp, který reaguje na určité biomarkery, jako jsou: B. zánět, fluoreskuje. Nahlášeno vKomunikace přírodySystém využívá přirozenou regeneraci pokožky těla k podpoře dlouhodobého sledování biomarkerů, poskytuje vizuální zobrazení bez odběru krve po implantaci a umožňuje intuitivní hodnocení prostřednictvím pozorování.

Více než povrchní

Monitorování interních biomarkerů – proteinů, které indikují zánět, stres nebo onemocnění – se obvykle opírá o vzorky krve nebo externě připojené senzory, které fungují pouze po omezenou dobu.

"Konvenční přístupy jsou často invazivní nebo poskytují pouze snímky času," řekl významný profesor Hiroyuki Fujita z Tokijské městské univerzity (emeritní profesor Tokijské univerzity). "Naším cílem bylo prozkoumat biologicky integrovaný systém, který umožňuje nepřetržité vnímání a intuitivní interpretaci i doma."

K dosažení tohoto cíle vědci použili epidermální kmenové buňky, které přirozeně vyživují a obnovují pokožku po celou dobu jejího života. Genetickým inženýrstvím těchto buněk, aby reagovaly na zánětlivé signály – konkrétně aktivaci dráhy NF-κB – tým vytvořil kožní tkáň, která zvýšila expresi zeleného fluorescenčního proteinu (EGFP) v reakci na zánětlivé signály.

Pokud je snímač součástí těla

Při transplantaci do myší se manipulovaná kůže naroubovala a funkčně integrovala do hostitelské tkáně. Když byl vyvolán zánět, transplantovaná oblast emitovala zelenou fluorescenci a přeměnila vnitřní molekulární signály na vnější optický signál.

Protože se senzor skládá ze živých epidermálních kmenových buněk, je udržován přirozeným buněčným metabolismem pokožky.

Na rozdíl od tradičních zařízení, která vyžadují zdroje energie nebo pravidelnou výměnu, je tento systém biologicky udržován samotným tělem. V našich experimentech byla funkčnost senzoru zachována po dobu více než 200 dní, protože manipulované kmenové buňky nepřetržitě regenerovaly epidermis.

Profesor Shoji Takeuchi, University of Tokio

Směrem k viditelnému, dlouhodobému sledování biomarkerů

Tato studie demonstruje důkaz koncepce dlouhodobého, biologicky integrovaného snímání bez baterií, kabeláže nebo aktivní obsluhy uživatele. Ačkoli se tato práce zaměřila na zánětlivou signalizaci, základní strategie je adaptabilní. Modifikací molekulárních cílů by mohly být vyvinuty podobně upravené kožní konstrukty, které reagují na různé fyziologické nebo metabolické signály.

Výzkumníci poznamenávají, že tato technologie by mohla mít aplikace i mimo humánní zdravotní péči, včetně výzkumu na zvířatech a veterinární medicíny, kde vizuální indikátory zdravotního stavu mohou pomoci včasné detekci onemocnění u zvířat, která nejsou schopna sdělit příznaky.

Přestože je tato práce stále v rané preklinické fázi, nabízí biologicky založený přístup k propojení živých tkání se snímacími funkcemi a stírá hranici mezi biologickými systémy a technickými zařízeními.

Zdroje: