Японские исследователи разработали живой биосенсор — искусственную кожу, которая светится зеленым при воспалениях в организме. Технологию представили специалисты из Токийского городского университета, Токийского университета, института RIKEN и компании Canon Medical Systems. Результаты опубликованы в Nature Communications.
Команда под руководством профессора Хироюки Фудзиты создала кожный трансплантат из генетически модифицированных стволовых клеток эпидермиса. Эти клетки запрограммировали реагировать на активацию сигнального пути NF-κB, который как раз включается при воспалениях. Когда в организме начинается воспалительный процесс, пересаженная кожа вырабатывает усиленный зеленый флуоресцентный белок EGFP и светится.
Технологию испытали на мышах. Искусственная кожа прижилась и полностью интегрировалась с тканями хозяина. При воспалении пересаженный участок засветился зеленым, превратив внутренние молекулярные сигналы в видимый оптический сигнал. Главный плюс — биосенсор работает за счет естественного обновления кожи без батареек и проводов.
В отличие от обычных медицинских устройств, которым нужны источники питания или периодическая замена, эта система поддерживается самим организмом. Профессор Седзи Такэути из Токийского университета отмечает, что в экспериментах сенсор работал более 200 дней. Модифицированные стволовые клетки постоянно обновляли эпидермис, при этом светились.
Традиционный мониторинг внутренних биомаркеров — белков, указывающих на воспаление, стресс или болезнь — требует анализов крови или внешних датчиков с ограниченным сроком службы. Обычные подходы инвазивны, с новой системой же ведется непрерывное наблюдение без забора крови, а состояние можно оценивать визуально, находясь у себя дома.
Хотя сейчас разработка реагирует на воспалительные сигналы, базовую технологию легко адаптировать. Изменив молекулярные мишени, можно создать кожные конструкции, реагирующие на другие процессы — от резкого скачка уровня глюкозы до появившихся маркеров онкологии.
Специалисты считают, что технология пригодится не только в медицине для людей. Она может использоваться в исследованиях на животных и ветеринарии, где визуальные индикаторы здоровья помогут раньше обнаруживать болезни у тех, кто не может пожаловаться на симптомы. Пока разработка находится на ранней доклинической стадии, но перспективы крайне интересные.
В России таких разработок нет. Наши специалисты работают с биолюминесцентными технологиями, но в других направлениях. Красноярский научный центр СО РАН и Сибирский федеральный университет создают бактериальные биосенсоры для анализа токсинов в продуктах и почве. Институт биоорганической химии РАН разрабатывает генетически кодируемые биолюминесцентные биосенсоры для медицинских исследований.
Ранее мы писали о том, что в России повысили эффективность биосенсоров для ранней диагностики рака.
