Biohybridný kožný štep: Fluorescenčné okno na monitorovanie vnútorného zdravia

Biohybridný kožný štep: Fluorescenčné okno na monitorovanie vnútorného zdravia

Nositeľné zdravotné zariadenia, ako sú inteligentné hodinky, sú dnes už samozrejmosťou a umožňujú nepretržité sledovanie fyziologických signálov na povrchu pokožky. Nedávno výskumný tím v Japonsku vyvinul biohybridný prístup, ktorý funguje vo vnútri tela a premieňa umelú kožu na viditeľný indikátor vnútorných biologických stavov.

Spoločná výskumná skupina vedená Tokijskou mestskou univerzitou a Tokijskou univerzitou v spolupráci s RIKEN a Canon Medical Systems Co.displej živého senzora: umelý kožný štep, ktorý reaguje na určité biomarkery, ako sú: B. zápal, fluoreskuje. Nahlásené vKomunikácia prírodySystém využíva prirodzenú regeneráciu pokožky tela na podporu dlhodobého sledovania biomarkerov, poskytuje vizuálne zobrazenie bez odberu krvi po implantácii a umožňuje intuitívne hodnotenie prostredníctvom pozorovania.

Viac ako povrchné

Monitorovanie interných biomarkerov – proteínov, ktoré indikujú zápal, stres alebo chorobu – sa zvyčajne spolieha na krvné vzorky alebo externe pripojené senzory, ktoré fungujú len obmedzený čas.

„Konvenčné prístupy sú často invazívne alebo poskytujú len zábery času,“ povedal uznávaný profesor Hiroyuki Fujita z Tokijskej mestskej univerzity (emeritný profesor Tokijskej univerzity). "Naším cieľom bolo preskúmať biologicky integrovaný systém, ktorý umožňuje nepretržité vnímanie a intuitívnu interpretáciu aj doma."

Na dosiahnutie tohto cieľa vedci použili epidermálne kmeňové bunky, ktoré prirodzene vyživujú a obnovujú pokožku počas celého jej života. Genetickým inžinierstvom týchto buniek, aby reagovali na zápalové signály – konkrétne na aktiváciu dráhy NF-κB – tím vytvoril kožné tkanivo, ktoré zvýšilo expresiu zeleného fluorescenčného proteínu (EGFP) v reakcii na zápalové signály.

Ak je snímač súčasťou tela

Po transplantácii do myší sa manipulovaná koža naštepila a funkčne integrovala do hostiteľského tkaniva. Keď sa vyvolal zápal, transplantovaná oblasť vyžarovala zelenú fluorescenciu a premenila vnútorné molekulárne signály na vonkajší optický signál.

Keďže senzor pozostáva zo živých epidermálnych kmeňových buniek, je udržiavaný prirodzeným bunkovým metabolizmom pokožky.

Na rozdiel od tradičných zariadení, ktoré vyžadujú zdroje energie alebo pravidelnú výmenu, je tento systém biologicky udržiavaný samotným telom. V našich experimentoch bola funkčnosť senzora zachovaná viac ako 200 dní, pretože manipulované kmeňové bunky nepretržite regenerovali epidermis.

Profesor Shoji Takeuchi z Tokijskej univerzity

Smerom k viditeľnému, dlhodobému monitorovaniu biomarkerov

Táto štúdia demonštruje dôkaz koncepcie pre dlhodobé, biologicky integrované snímanie bez batérií, káblov alebo aktívnej používateľskej prevádzky. Hoci sa táto práca zamerala na zápalovú signalizáciu, základná stratégia je prispôsobiteľná. Modifikáciou molekulárnych cieľov by sa mohli vyvinúť podobne upravené kožné konštrukty, ktoré reagujú na rôzne fyziologické alebo metabolické signály.

Výskumníci poznamenávajú, že táto technológia by mohla mať aplikácie aj mimo ľudskej zdravotnej starostlivosti, vrátane výskumu na zvieratách a veterinárnej medicíny, kde vizuálne indikátory zdravotného stavu môžu pomôcť včas odhaliť ochorenie u zvierat, ktoré nie sú schopné komunikovať symptómy.

Hoci je táto práca stále v ranom predklinickom štádiu, ponúka biologicky založený prístup k prepojeniu živých tkanív s funkciami snímania a stiera hranicu medzi biologickými systémami a technickými zariadeniami.

Zdroje: