«Умный пластырь» может обнаружить нейродегенеративные заболевания?
Ведущий ученый Университета Суонси (Великобритания), доктор Sanjiv Sharma, совместно с португальскими коллегами из Biomark разработал инновационный «умный пластырь», который способен обнаруживать провоспалительные биомаркеры нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера, с помощью технологии микроигл.
Этот прорыв в развитии трансдермальных технологий означает, что подобные пластыри в будущем смогут массово использоваться для обнаружения определенных биомаркеров в интерстициальной жидкости кожи (ИЖК) малоинвазивным, бескровным способом.
Как это работает?
Кожа – самый большой орган человеческого организма, содержащий объем интерстициальной жидкости, который количественно превосходит объем крови. Причем ИЖК по своей сути является ультрафильтратом плазмы крови, поэтому содержит большое число различных веществ, которые могут многое сказать о состоянии организма. Тот факт, что ИЖК является средством транспортировки питательных веществ и конечных продуктов метаболизма между клетками и капиллярной кровью, делает её настоящим кладезем биомаркеров. Кожа и головной мозг имеют общее происхождение из эктодермы в эмбриональном периоде, что позволяет быть коже доступной мишенью для ранней малоинвазивной оценки патологических изменений головного мозга за счет анализа различных биомаркеров.
Технологическая основа изобретения – это специальные молекулярные полимеры (по сути, пластиковые антитела), которые нанесены на пластыри, состоящие из множества крошечных игл (микроигл), предназначенных для проникновения через кожный барьер наименее инвазивным способом и мониторинга клинически значимых биомаркеров. Технология крайне удобна простотой использования – нанести пластырь на кожу сможет даже ребенок в домашних условиях.
О трансдермальных терапевтических системах читайте здесь.
Схематическое представление конструкции «умных пластырей» на основе молекулярных полимеров.
Несмотря на кажущуюся простоту, «умный пластырь» представляет собой отличный датчик, который имеет короткое время измерения (около 6 минут), высокую точность и низкий порог обнаружения биомаркеров. На данный момент ученые тестировали устройство для обнаружения провоспалительного цитокина IL-6, который присутствует в ИЖК наряду с другими цитокинами и участвует во многих патологических состояниях, включая нейродегенеративные заболевания и тяжелую пневмонию, вызванную SARS-CoV-2.
Другой отличительной чертой «умного пластыря» является то, что он может использоваться не только для быстрого обнаружения интересующего биомаркера, но и для непрерывного мониторинга анализируемых веществ в режиме реального времени.
Результаты
Трансдермальные датчики показали высокую эффективность и смогли обнаружить IL-6 в концентрациях всего 1 пг/мл в ИЖК искусственной кожи, что указывает на полезность «умного пластыря» для рутинных бескровных измерений практически в любых условиях по всему миру.
Широкие возможности
Felismina Moreira, одна из участниц проекта из Инженерной школы Политехнического института, поделилась своим мнением насчет разработки: «Мы продемонстрировали, что молекулярно-импринтированные полимеры (MIPs) вместе с массивами микроигл предлагают фантастическую платформу для бескровного тестирования, например на сердечно-сосудистые, онкологические и нейродегенеративные заболевания».
Таким образом, это инновационное исследование уже в ближайшем будущем может значительно изменить стратегию раннего выявления нейродегенеративных заболеваний и сделать эту процедуру намного проще и дешевле. Молекулярный полимер в форме пластикового антитела легко изготовить в производственных масштабах, равно как и пластырь с микроиглами.
Тем не менее, чтобы устройство нашло массовое применение его нужно сделать более специфичным, ведь единичные измерения цитокинов, таких как IL-6, имеют ограниченное диагностическое применение, поскольку врожденная иммунная система достаточно неспецифична. Но у ученых уже сейчас есть идея для решения этой задачи в будущем – это применение «панельного» подхода, то есть изготовления «умного пластыря» со специальной панелью, содержащей сразу несколько субстратов для выявления целевых веществ, что позволит более точно поставить диагноз уже на ранней стадии заболевания.
