Un nou senzor implantabil pentru monitorizarea continuă a inflamației

Cercetătorii de la Universitatea Northwestern au creat un dispozitiv miniatural, conceput să monitorizeze în timp real concentrațiile de proteine din organism, precum markerii de inflamație. Deși metodele actuale permit monitorizarea continuă a unor molecule mici, cum ar fi glucoza, monitorizarea continuă a proteinelor, care sunt de dimensiuni mai mari și mult mai complexe, reprezenta o provocare nerezolvată până acum.

Conceptul cheie: „Scuturarea” proteinelor de pe senzori

Abordarea inedită a echipei implică utilizarea unor secvențe de ADN atașate la un electrod. Aceste secvențe funcționează ca niște „cârlige” moleculare care pot prinde proteinele-țintă. Problema era că aceste secvențe țin prea strâns proteinele, împiedicând măsurarea fluctuațiilor lor în timp real. Inspirându-se din natură, cercetătorii au găsit o soluție simplă, asemănătoare cu „scuturarea merelor din copac”: aplicarea unui câmp electric alternativ pentru a face aceste fragmente de ADN să oscileze. Această mișcare pendulară eliberează rapid proteina prinsă, permițând ca senzorul să se reseteze și să prindă o nouă proteină în decurs de un minut. Astfel, dispozitivul poate măsura evoluția continuă a nivelurilor de proteine, exact ca un monitor de glucoză care urmărește variațiile zahărului din sânge.

Testarea pe animale și rezultate

Pentru a-și verifica invenția, cercetătorii au introdus acest senzor într-un microdispozitiv implantabil asemănător cu un ac subțire, gros cât trei fire de păr, care se inserează puțin sub piele, astfel încât partea principală a dispozitivului rămâne la suprafață. Au utilizat modele de șobolani diabetici pentru a urmări concentrațiile a doi markeri proteici asociați inflamației (citokine). În cazul animalelor cu diabet, inflamația și perturbările metabolice sunt strâns legate, astfel încât schimbările în citokine reflectă fidel starea patologică.

Dispozitivul a reușit să identifice rapid creșteri sau scăderi ale proteinelor în funcție de diverși factori:  

• Când animalele au primit insulină sau au ținut post, senzorul a detectat scăderea nivelului de citokine, indicând reducerea inflamației.  
• Când le-a fost administrat un stimul imunologic, proteinele inflamatorii au crescut imediat, senzorul consemnând aceste variații în timp real, cu o sensibilitate deosebită.

Măsurătorile obținute au fost validate ulterior prin metode standard de laborator, ceea ce a confirmat acuratețea dispozitivului.

Aplicații viitoare: dincolo de inflamație

Deși testele inițiale au vizat inflamația, cercetătorii cred că aceeași abordare poate fi adaptată pentru numeroși alți biomarkeri proteici de interes medical. Un exemplu este monitorizarea proteinei BNP (B-type natriuretic peptide), un indicator important în insuficiența cardiacă. Astfel, pacienții ar putea beneficia de un sistem care semnalează în timp real agravarea unei afecțiuni cardiace, permițând intervenții terapeutice înainte ca simptomele să devină severe.

Beneficii clinice și potențial preventiv

Dispozitivul ar putea deveni un instrument medical asemănător cu monitoarele continue de glucoză folosite de pacienții cu diabet. În loc de consultații trimestriale la medic, pacienții cu diverse afecțiuni ar avea acces continuu la date despre proteinele relevante pentru starea lor de sănătate, permițând ajustări mai rapide și personalizate ale tratamentelor. Această abordare ar putea preveni crize acute, reduce spitalizările și îmbunătăți calitatea vieții, asigurând un control mai fin și dinamic al bolilor inflamatorii, metabolice sau cardiovasculare.

Concluzii

Noua tehnologie reprezintă un pas major spre monitorizarea în timp real a proteinelor, o capacitate importantă pentru multe ramuri ale medicinei personalizate. Aplicând principiul „scuturării” proteinelor de pe suprafața senzorului, cercetătorii au reușit să obțină un dispozitiv sensibil, precis și versatil, care ar putea deveni o unealtă clinică valoroasă pentru diagnostic, tratament și prevenție.

sursa: Science Daily
foto: Primul senzor de acest fel, care monitorizează proteinele fluctuante din organism în timp real. Hossein Zargartalebi/Northwestern University