Biohybrydowy przeszczep skóry: fluorescencyjne okno do wewnętrznego monitorowania stanu zdrowia

Biohybrydowy przeszczep skóry: fluorescencyjne okno do wewnętrznego monitorowania stanu zdrowia

Urządzenia zdrowotne do noszenia, takie jak smartwatche, są obecnie powszechne i umożliwiają ciągłe monitorowanie sygnałów fizjologicznych na powierzchni skóry. Niedawno zespół badawczy w Japonii opracował podejście biohybrydowe, które działa wewnątrz organizmu, zamieniając sztuczną skórę w widoczny wskaźnik wewnętrznych stanów biologicznych.

Wspólna grupa badawcza kierowana przez Tokyo City University i University of Tokyo, we współpracy z RIKEN i Canon Medical Systems Co., przedstawiła jedenżywy wyświetlacz czujnika: sztuczny przeszczep skóry, który reaguje na niektóre biomarkery, takie jak: B. zapalenie, fluorescencja. Zgłoszono wKomunikacja przyrodniczaSystem wykorzystuje naturalną regenerację skóry organizmu do długoterminowego monitorowania biomarkerów, zapewnia obrazową prezentację bez konieczności pobierania krwi po implantacji oraz umożliwia intuicyjną ocenę poprzez obserwację.

Więcej niż powierzchowne

Monitorowanie wewnętrznych biomarkerów – białek wskazujących stan zapalny, stres lub chorobę – zazwyczaj opiera się na próbkach krwi lub zewnętrznych czujnikach, które działają tylko przez ograniczony czas.

„Konwencjonalne podejścia są często inwazyjne lub zapewniają jedynie migawki czasu” – powiedział wybitny profesor Hiroyuki Fujita z Tokyo City University (emerytowany profesor Uniwersytetu Tokijskiego). „Naszym celem było zbadanie biologicznie zintegrowanego systemu, który umożliwia ciągłą percepcję i intuicyjną interpretację nawet w domu”.

Aby to osiągnąć, naukowcy wykorzystali komórki macierzyste naskórka, które w naturalny sposób odżywiają i odnawiają skórę przez całe jej życie. Poprzez inżynierię genetyczną tych komórek tak, aby reagowały na sygnały stanu zapalnego – w szczególności aktywację szlaku NF-κB – zespół stworzył tkankę skóry, która zwiększa ekspresję białka zielonej fluorescencji (EGFP) w odpowiedzi na sygnały stanu zapalnego.

Jeśli czujnik jest częścią ciała

Po przeszczepieniu myszom zmanipulowana skóra została przeszczepiona i funkcjonalnie zintegrowana z tkanką gospodarza. Po wywołaniu stanu zapalnego przeszczepiony obszar emitował zieloną fluorescencję i przekształcał wewnętrzne sygnały molekularne w zewnętrzny sygnał optyczny.

Ponieważ czujnik składa się z żywych komórek macierzystych naskórka, jego funkcjonowanie jest utrzymywane dzięki naturalnemu metabolizmowi komórek skóry.

W przeciwieństwie do tradycyjnych urządzeń, które wymagają źródeł zasilania lub regularnej wymiany, system ten jest biologicznie utrzymywany przez sam organizm. W naszych eksperymentach funkcjonalność czujnika utrzymywała się przez ponad 200 dni, podczas gdy manipulowane komórki macierzyste stale regenerowały naskórek”.

Profesor Shoji Takeuchi z Uniwersytetu Tokijskiego

W kierunku widocznego, długoterminowego monitorowania biomarkerów

Badanie to przedstawia weryfikację koncepcji długoterminowego, biologicznie zintegrowanego wykrywania bez baterii, okablowania i aktywnej obsługi przez użytkownika. Chociaż prace te skupiały się na sygnalizacji stanu zapalnego, podstawową strategię można dostosować. Modyfikując cele molekularne, można opracować podobnie zaprojektowane konstrukty skóry, które reagują na różne sygnały fizjologiczne lub metaboliczne.

Naukowcy zauważają, że technologia ta może mieć zastosowania poza opieką zdrowotną ludzi, w tym w badaniach na zwierzętach i medycynie weterynaryjnej, gdzie wizualne wskaźniki stanu zdrowia mogą pomóc we wczesnym wykryciu choroby u zwierząt, które nie są w stanie zakomunikować objawów.

Chociaż prace te znajdują się wciąż na wczesnym etapie przedklinicznym, oferują podejście oparte na biologii do łączenia żywych tkanek z funkcjami sensorycznymi i zacierają granicę między systemami biologicznymi a urządzeniami technicznymi.

Źródła: