Biohybride huidtransplantatie: een fluorescerend venster voor interne gezondheidsmonitoring

Biohybride huidtransplantatie: een fluorescerend venster voor interne gezondheidsmonitoring

Draagbare gezondheidsapparaten zoals smartwatches zijn nu gemeengoed en maken continue monitoring van fysiologische signalen op het huidoppervlak mogelijk. Onlangs heeft een onderzoeksteam in Japan een biohybride aanpak ontwikkeld die in het lichaam werkt, waardoor de kunstmatige huid een zichtbare indicator wordt van de interne biologische toestand.

Een gezamenlijke onderzoeksgroep onder leiding van Tokyo City University en de Universiteit van Tokyo heeft, in samenwerking met RIKEN en Canon Medical Systems Co., eenlevende sensorweergave: een kunstmatig huidtransplantaat dat reageert op bepaalde biomarkers, zoals: B. ontstekingen, fluoresceert. Gerapporteerd binnenCommunicatie over de natuurHet systeem maakt gebruik van de natuurlijke huidregeneratie van het lichaam om de langetermijnmonitoring van biomarkers te ondersteunen, biedt visuele weergave zonder bloedafname na implantatie en maakt intuïtieve beoordeling door middel van observatie mogelijk.

Meer dan oppervlakkig

Het monitoren van interne biomarkers – eiwitten die ontstekingen, stress of ziekten aangeven – is doorgaans afhankelijk van bloedmonsters of extern aangesloten sensoren die slechts gedurende een beperkte periode werken.

“Conventionele benaderingen zijn vaak invasief of bieden slechts momentopnamen”, zegt hoogleraar Hiroyuki Fujita van Tokyo City University (emeritus hoogleraar van de Universiteit van Tokio). “Ons doel was om een ​​biologisch geïntegreerd systeem te onderzoeken dat continue perceptie en intuïtieve interpretatie mogelijk maakt, zelfs thuis.”

Om dit te bereiken gebruikten de onderzoekers epidermale stamcellen, die de huid gedurende haar hele leven op natuurlijke wijze voeden en vernieuwen. Door deze cellen genetisch te manipuleren om te reageren op ontstekingssignalen, met name de activering van de NF-KB-route, creëerde het team huidweefsel dat de expressie van groen fluorescerend eiwit (EGFP) verhoogde als reactie op ontstekingssignalen.

Als de sensor deel uitmaakt van het lichaam

Bij transplantatie in muizen werd de gemanipuleerde huid geënt en functioneel geïntegreerd in het gastheerweefsel. Toen de ontsteking werd geïnduceerd, zond het getransplanteerde gebied groene fluorescentie uit en zette het interne moleculaire signalen om in een extern optisch signaal.

Omdat de sensor uit levende epidermale stamcellen bestaat, wordt deze in stand gehouden door het natuurlijke celmetabolisme van de huid.

In tegenstelling tot traditionele apparaten die stroombronnen vereisen of regelmatig moeten worden vervangen, wordt dit systeem biologisch in stand gehouden door het lichaam zelf. In onze experimenten bleef de functionaliteit van de sensor ruim 200 dagen behouden, terwijl de gemanipuleerde stamcellen de opperhuid voortdurend regenereerden.”

Professor Shoji Takeuchi, Universiteit van Tokio

Naar zichtbare langetermijnmonitoring van biomarkers

Deze studie demonstreert een proof-of-concept voor langdurige, biologisch geïntegreerde detectie zonder batterijen, bedrading of actieve gebruikersbediening. Hoewel dit werk zich concentreerde op ontstekingssignalering, is de onderliggende strategie aanpasbaar. Door de moleculaire doelwitten te modificeren, zouden op vergelijkbare wijze ontwikkelde huidconstructies kunnen worden ontwikkeld die reageren op verschillende fysiologische of metabolische signalen.

De onderzoekers merken op dat deze technologie toepassingen zou kunnen hebben die verder gaan dan de menselijke gezondheidszorg, inclusief in dieronderzoek en diergeneeskunde, waar visuele indicatoren van de gezondheidsstatus kunnen helpen bij het vroegtijdig opsporen van ziekten bij dieren die geen symptomen kunnen overbrengen.

Hoewel dit werk zich nog in een vroeg preklinisch stadium bevindt, biedt het een biologisch gebaseerde benadering voor het koppelen van levende weefsels aan sensorfuncties en vervaagt de grens tussen biologische systemen en technische apparaten.

Bronnen: