Biohybridi-ihosiirrännäinen: Fluoresoiva ikkuna sisäisen terveyden seurantaan

Biohybridi-ihosiirrännäinen: Fluoresoiva ikkuna sisäisen terveyden seurantaan

Puettavat terveyslaitteet, kuten älykellot, ovat nykyään yleisiä ja mahdollistavat jatkuvan fysiologisten signaalien seurannan ihon pinnalla. Äskettäin japanilainen tutkimusryhmä kehitti biohybridimenetelmän, joka toimii kehon sisällä ja muuttaa keinoihon sisäisten biologisten tilojen näkyväksi indikaattoriksi.

Tokyo City Universityn ja Tokion yliopiston johtama yhteinen tutkimusryhmä yhteistyössä RIKENin ja Canon Medical Systems Co.:n kanssa on esittänyt yhdenelävän sensorin näyttö: keinotekoinen ihosiirre, joka reagoi tiettyihin biomarkkereihin, kuten: B. tulehdus, fluoresoi. Ilmoitettu sisäänLuontoviestintäJärjestelmä hyödyntää kehon luonnollista ihon uusiutumista tukemaan biomarkkerien pitkäaikaista seurantaa, tarjoaa visuaalisen näytön ilman verinäytteenottoa implantaation jälkeen ja mahdollistaa intuitiivisen arvioinnin havainnoinnin avulla.

Enemmän kuin pinnallista

Sisäisten biomarkkerien – tulehdusta, stressiä tai sairautta osoittavien proteiinien – seuranta perustuu tyypillisesti verinäytteisiin tai ulkoisesti kiinnitettyihin sensoreihin, jotka toimivat vain rajoitetun ajan.

"Perinteiset lähestymistavat ovat usein invasiivisia tai tarjoavat vain tilannekuvia ajasta", sanoi Tokyo City Universityn arvostettu professori Hiroyuki Fujita (Tokyon yliopiston emeritusprofessori). "Tavoitteenamme oli tutkia biologisesti integroitua järjestelmää, joka mahdollistaa jatkuvan havainnon ja intuitiivisen tulkinnan myös kotona."

Tämän saavuttamiseksi tutkijat käyttivät epidermaalisia kantasoluja, jotka luonnollisesti ravitsevat ja uudistavat ihoa koko sen elinkaaren ajan. Geneettisesti muokkaamalla näitä soluja reagoimaan tulehdussignaaleihin – erityisesti NF-KB-reitin aktivointiin – ryhmä loi ihokudosta, joka lisäsi vihreän fluoresoivan proteiinin (EGFP) ilmentymistä vasteena tulehdussignaaleille.

Jos anturi on osa kehoa

Kun manipuloitu iho siirrettiin hiiriin, se siirrettiin ja integroitui toiminnallisesti isäntäkudokseen. Kun tulehdus indusoitiin, siirretty alue emittoi vihreää fluoresenssia ja muutti sisäiset molekyylisignaalit ulkoiseksi optiseksi signaaliksi.

Koska anturi koostuu elävistä epidermaalisista kantasoluista, sitä ylläpitää ihon luonnollinen soluaineenvaihdunta.

Toisin kuin perinteiset laitteet, jotka vaativat virtalähteitä tai säännöllistä vaihtoa, keho itse ylläpitää tätä järjestelmää biologisesti. Kokeissamme anturin toiminta säilyi yli 200 päivän ajan, kun manipuloidut kantasolut uudistivat jatkuvasti orvaskettä.

Professori Shoji Takeuchi, Tokion yliopisto

Kohti näkyvää, pitkän aikavälin biomarkkerivalvontaa

Tämä tutkimus osoittaa konseptin todisteeksi pitkäaikaisesta, biologisesti integroidusta tunnistuksesta ilman paristoja, johtoja tai aktiivista käyttäjän toimintaa. Vaikka tämä työ keskittyi tulehdukselliseen signalointiin, taustalla oleva strategia on mukautuva. Molekyylikohteita modifioimalla voitaisiin kehittää samalla tavalla muokattuja ihorakenteita, jotka reagoivat erilaisiin fysiologisiin tai metabolisiin signaaleihin.

Tutkijat huomauttavat, että tällä tekniikalla voi olla sovelluksia ihmisten terveydenhuollon lisäksi, mukaan lukien eläintutkimuksessa ja eläinlääketieteessä, joissa visuaaliset terveydentilan indikaattorit voivat auttaa havaitsemaan varhaisessa vaiheessa sairauksia eläimissä, jotka eivät pysty välittämään oireita.

Vaikka tämä työ on vielä varhaisessa prekliinisessä vaiheessa, se tarjoaa biologisesti perustuvan lähestymistavan elävien kudosten yhdistämiseen tunnistustoimintoihin ja hämärtää biologisten järjestelmien ja teknisten laitteiden välistä rajaa.

Lähteet: