Исследователи Сколтеха разработали прототип флуоресцентного сенсора для непрерывного мониторинга концентрации кортизола в организме человека в режиме реального времени. Данная разработка может использоваться для контроля различных патологических состояний. Статья с описанием результатов исследования опубликована в журнале Talanta.
Кортизол, известный также как «гормон стресса» − это стероидный гормон, играющий важную роль в регулировании уровня глюкозы, артериального давления и многих физиологических процессов в организме человека, в том числе воспалительных. Снижение или повышение уровня кортизола может быть признаком различных заболеваний, однако до сих пор не существует достаточно точных и надежных методов для непрерывного мониторинга уровня кортизола in vivo. Существующие лабораторные методы, в частности, твердофазный иммуноферментный анализ (ИФА), обеспечивают необходимую надежность результата, но требуют предварительной подготовки образцов, что не позволяет использовать их в режиме реального времени.
«Во-первых, мониторинг уровня аналитов in vivo сам по себе является непростой задачей. Во-вторых, молекула кортизола относительно невелика. Наконец, забор образцов крови – процедура, вызывающая стресс как у животных (мышей или крыс), так и у людей, а в стрессовом состоянии концентрация кортизола повышается, и результат анализа оказывается недостоверным. Задача исследования − разработать имплантируемый сенсор для контроля кортизола непосредственно в кровотоке», − рассказывает один из авторов статьи, профессор Сколтеха и Университета Северного Техаса (США) Владимир Драчев.
Владимир Драчев и его коллеги из Центра Сколтеха по проектированию, производственным технологиям и материалам (CDMM) создали прототип иммуносенсора с использованием наночастиц золота для контроля уровня кортизола. Содержащийся в образце свободный кортизол вытесняет комплексы кортизола и бычьего сывороточного альбумина (БСА) с флуоресцентной маркировкой, которые соединяются с моноклональными антителами к кортизолу и размещаются на «наноостровках» из золота на сенсоре. Концентрацию кортизола в образце можно измерять по уровню флуоресценции.
Исследование проводится в сотрудничестве с группой биологов Сколтеха под руководством Юрия Котелевцева.
Исследователи провели тесты in vitro, показавшие, что новый сенсор способен регистрировать минимальный уровень кортизола − 0,02 мкг на миллилитр, что соответствует нормальному уровню гормона в плазме крови человека. Также в тестах in vitro была продемонстрирована обратимость отклика на кортизол. Исследователи надеются, что на основе предложенного метода можно будет создать имплантируемый сенсор для непрерывного мониторинга концентрации кортизола в крови в режиме реального времени. Предполагается, что имплантируемый сенсор будет иметь вид оптического волокна, на конце которого находится капиллярная ячейка с полупроницаемой мембраной, помещенной в тонкую иглу, подключаемую к портативному спектрометру по оптоволокну.
«Нам необходимо разработать имплантируемый сенсор с полупроницаемой мембраной, отделяющей небольшие молекулы типа кортизола от белков и других составляющих биологической жидкости (крови, слюны, внутритканевой жидкости). Подобные устройства для измерения глюкозы уже существуют. Для создания имплантируемого сенсора еще предстоит решить ряд сложных задач», − отмечает Владимир Драчев.
*****
Сколтех – негосударственный международный университет. Созданный в 2011 году в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом (MIT), Сколтех готовит новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в прорывных областях и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром. Сколтех развивает шесть приоритетов: наука о данных и искусственный интеллект, науки о жизни и здоровье, современные методы проектирования и перспективные материалы, энергоэффективность, фотоника и квантовые технологии, перспективные исследования. Усилия Сколтеха призваны способствовать укреплению технологического превосходства России в приоритетных направлениях.
