Πρωτοποριακός βιοαισθητήρας παρακολουθεί τον μεταβολισμό μας σε πραγματικό χρόνο

Ερευνητές του UCLA ανέπτυξαν έναν μικροσκοπικό αισθητήρα που μπορεί να βοηθήσει στην παρακολούθηση των μεταβολιτών, δηλαδή ουσιών που παράγονται ή χρησιμοποιούνται όταν το σώμα μας διασπά τροφές, φάρμακα ή ακόμη και το ίδιο το λίπος και τους μυς μας σε μεταβολικές διεργασίες, πολύ πιο εκτεταμένα από ό,τι οι τρέχουσες μέθοδοι.

Αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να ξεκλειδώσει νέους τρόπους ανίχνευσης και διαχείρισης ασθενειών και διαταραχών, παρακολούθησης της ανταπόκρισης των ασθενών στη θεραπεία και επιτάχυνσης της ανάπτυξης αποτελεσματικότερων φαρμάκων. Αυτό που είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρον είναι ο τρόπος με τον οποίο ο αισθητήρας ακολουθεί τις φυσικές βιοχημικές διεργασίες, όπως ο τρόπος με τον οποίο τα μόρια μετασχηματίζονται και αλληλεπιδρούν μέσα στο σώμα μας.

Η ομάδα από το Ινστιτούτο Νανοσυστημάτων του UCLA ονομάζει τις δημιουργίες της «αισθητήρες βασισμένους σε μεταβολικές αντιδράσεις tandem» ή εν συντομία αισθητήρες TMR. Λειτουργούν παρόμοια με τα μικροσκοπικά εργαστήρια χημείας για την παρακολούθηση των μεταβολιτών. Οι αισθητήρες είναι ενσωματωμένοι σε μικροσκοπικά ηλεκτρόδια από εξαιρετικά μικρούς νανοσωλήνες άνθρακα. Οι επιστήμονες τοποθετούν σε αυτά τα ηλεκτρόδια ένζυμα και βοηθητικά μόρια που βοηθούν στις χημικές αντιδράσεις, τα οποία ονομάζονται συμπαράγοντες.

Όταν ένας συγκεκριμένος μεταβολίτης (το μόριο που θέλουν να ανιχνεύσουν) πλησιάζει τον αισθητήρα, τα ένζυμα προκαλούν μια χημική αντίδραση. Η αντίδραση αυτή είναι πολύ συγκεκριμένη για τον μεταβολίτη-στόχο. Μερικές φορές, ο αισθητήρας μπορεί να ανιχνεύσει τον μεταβολίτη απευθείας μέσω αυτής της αντίδρασης. Άλλες φορές, εάν ο μεταβολίτης δεν είναι άμεσα ανιχνεύσιμος, τα ένζυμα θα τον μετατρέψουν πρώτα σε ένα άλλο μόριο που μπορεί να ανιχνευθεί. Η μετατροπή αυτή μπορεί να γίνει μέσω μιας σειράς βημάτων, όπως οι φυσικές μεταβολικές οδοί στο σώμα. Αυτή η ικανότητα εκτέλεσης πολλαπλών αντιδράσεων είναι ο λόγος για τον οποίο ονομάζονται «αισθητήρες βασισμένοι σε μεταβολικές αντιδράσεις tandem».

Βασικό μέρος αυτών των αντιδράσεων είναι η ανταλλαγή ηλεκτρονίων. Όταν τα ένζυμα δρουν στον μεταβολίτη, μπορούν να προκαλέσουν την κίνηση ηλεκτρονίων. Αυτές οι κινήσεις ηλεκτρονίων δημιουργούν ηλεκτρικό ρεύμα στην επιφάνεια των νανοσωλήνων άνθρακα. Ο αισθητήρας μετρά στη συνέχεια αυτό το ηλεκτρικό ρεύμα. Η ποσότητα του ρεύματος λέει στους επιστήμονες πόση ποσότητα του μεταβολίτη είναι παρούσα. Έτσι, υψηλότερο ρεύμα σημαίνει περισσότερη ποσότητα του μεταβολίτη και χαμηλότερο ρεύμα σημαίνει λιγότερη.

Ουσιαστικά, οι αισθητήρες TMR χρησιμοποιούν τις ίδιες τις χημικές αντιδράσεις της φύσης, που συμβαίνουν σε μια μικροσκοπική ηλεκτρική επιφάνεια, για να μετατρέψουν την παρουσία μεταβολιτών σε μετρήσιμο ηλεκτρικό σήμα.

Μέσω ενός βήματος μετατροπής, αυτοί οι αισθητήρες μπορούν να ανιχνεύσουν περισσότερα από τα δύο τρίτα όλων των διαφορετικών μεταβολιτών που παράγονται στο ανθρώπινο σώμα. Αυτό θα μπορούσε να μας δώσει μια λεπτομερή εικόνα του τι συμβαίνει με την κατάσταση ενός ασθενούς και πώς ανταποκρίνεται σε μια θεραπεία.

Οι ερευνητές σημειώνουν ότι αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να βοηθήσει στην έγκαιρη ανίχνευση καρδιακών διαταραχών και στην εξατομίκευση των θεραπειών για την αντιμετώπιση των ατομικών μεταβολικών καταστάσεων των ασθενών. Θα μπορούσε να βελτιστοποιήσει τη φυσική κατάσταση των αθλητών, παρακολουθώντας τον τρόπο με τον οποίο το σώμα τους μεταβολίζει την ενέργεια υπό πίεση. Και οι αισθητήρες TMR θα μπορούσαν επίσης να ρίξουν φως στον τρόπο με τον οποίο τα υπό ανάπτυξη φάρμακα επηρεάζουν τις μεταβολικές οδούς και να υποδείξουν τρόπους βελτιστοποίησης των επιπτώσεών τους.

[via]