Angewandte Chemie: Нанодатчик глюкозы для имплантации и мониторинга здоровья

Контроль уровня глюкозы — один из ключевых элементов мониторинга здоровья. Исследовательская группа разработала независимый от батареи флуоресцентный наносенсор на основе одностенных углеродных нанотрубок и неактивной формы фермента глюкозооксидазы, GOx.

Поскольку фермент не находится в активной форме, аналит не расходуется во время измерения, и становится возможным непрерывное, обратимое и неинвазивное биоизображение уровня глюкозы в жидкостях и тканях организма, сообщает команда в журнале Angewandte Chemie.

Уровень глюкозы в крови обычно измеряется с помощью электрохимических сенсоров на основе GOx. Однако эти датчики производят токсичный пероксид водорода в качестве побочного продукта и, кроме того, требуют громоздких электрических цепей и батарей, что затрудняет подготовку имплантируемых устройств для непрерывного измерения. Крошечные SWCNT, с другой стороны, могут быть интегрированы в ткани и предоставлять информацию для биовизуализации: при возбуждении светом SWCNT генерируют сигнал флуоресценции в ближней инфракрасной области, который проходит через ткани и может быть легко зарегистрирован с помощью неинвазивных методов биовизуализации.

К сожалению, создание наносенсоров SWCNT на основе GOx затруднено, поскольку наиболее эффективная технология загрузки молекул на SWCNT — сонирование — по сути, инактивирует молекулы GOx. Теперь Маркита П. Лэндри и ее исследовательская группа из Калифорнийского университета в Беркли (США) опровергли предположение о том, что для успешного определения уровня глюкозы сенсорам на основе GOx требуется активный GOx. С помощью соникации они приготовили нагруженные GOx SWCNT-сенсоры, которые надежно, избирательно и чувствительно определяли глюкозу, что было продемонстрировано при измерении глюкозы в сыворотке, плазме и срезах мозга мыши.

Исследователи объяснили этот удивительный результат способностью неактивного фермента GOx связывать глюкозу, не преобразуя ее. Одного только связывания было достаточно для модуляции флуоресцентного сигнала. Чтобы получить полную независимость от активности GOx, исследователи также сконструировали фермент GOx, в котором отсутствовала реактивная группа для преобразования глюкозы. Полученный апо-GOx-SWCNT сенсор обнаруживал глюкозу в жидкостях организма и срезах мозга мыши так же надежно, как и оригинальный конъюгат SWCNT и природного GOx.

Исследователи отмечают, что использование неактивных молекул GOx имеет серьезные преимущества. Например, процесс изготовления наносенсоров GOx-SWCNT может быть упрощен за счет использования соникации в качестве эффективного этапа подготовки. Кроме того, поскольку аналит не расходуется в ходе ферментативной реакции, не образуется токсичных побочных продуктов, а измерения по своей сути обратимы, что позволяет осуществлять неинвазивный непрерывный мониторинг уровня глюкозы в тканевых жидкостях.

02.01.2024