В случае травматического повреждения головного мозга (ТПГМ) происходят определенные химические изменения, которые могут стать предвестниками вторичных нарушений. Ученые из Университета штата Огайо продемонстрировали новое устройство мониторинга, способное распознавать эти тревожные признаки. Этот гибкий и тонкий, как человеческий волос, миниатюрный датчик способен передавать информацию о любых изменениях в режиме реального времени, открывая новые возможности для своевременного вмешательства и лечения.

Продемонстрирован новый тип сенсора, способного быстро обнаруживать химические изменения, связанные с травматическим повреждением мозга. Depositphotos

 

Водонепроницаемый биосенсор состоит из множества полевых транзисторов, которые, улавливая определенные химические элементы в жидкостях мозга, вырабатывают электромагнитный импульс, который можно уловить и проанализировать. Чтобы защитить электронику от разрушения, датчик помещен в тонкую пленку диоксида кремния толщиной в несколько сотен нанометров.

По словам команды, датчик обладает "беспрецедентным сочетанием характеристик", которые дают ему уникальные возможности для мониторинга здоровья мозга. Среди них - способность обнаруживать изменения уровня ионов калия и натрия в спинномозговой жидкости мозга, что является одним из признаков вторичного повреждения после черепно-мозговой травмы.

Демонстрация устройства была успешно проведена в искусственном растворе, созданном для имитации спинномозговой жидкости, где прибор смог точно определить изменения в уровнях ионов калия и натрия. Испытав датчик на сыворотке крови человека, команда обнаружила, что его можно также использовать для мониторинга уровня pH.

"Мы хотим создать биосенсор, способный непрерывно контролировать ткани мозга для обнаружения изменений концентрации ионов в спинномозговой жидкости", - говорит соавтор работы Джинхуа Ли. "Эти изменения появляются при вторичных нарушениях  ТПГМ как сигнал раннего предупреждения об ухудшении состояния".

В то время как оболочка из диоксида кремния может годами находиться в организме человека, чувствительные элементы, скорее всего, продержатся несколько недель. Сейчас это самая большая проблема, которую команде предстоит решить, наряду с вопросами о долгосрочном воздействии на ткани человека и "перекрестном" взаимодействии различных биомаркеров. Специалисты намерены решить эти вопросы, прежде чем приступать к испытаниям на животных моделях и, в конечном итоге провести клинические испытания на людях.

"Когда мы создаем биохимический датчик, мы хотим убедиться, что устройство реагирует только на те конкретные химические вещества, которые нас интересуют, и игнорирует перекрестные помехи от других биомаркеров", - сказал Ли. "Это трудно сделать в такой сложной системе, как наше тело".

Хотя устройство предназначено для мониторинга состояния здоровья в случае черепно-мозговой травмы, ученые говорят, что его можно адаптировать для мониторинга пептидов, белков и других химических веществ, что, возможно, найдет применение в исследовании хронических заболеваний, таких как болезнь Паркинсона и Альцгеймера.

"Мы считаем, что сбор и анализ данных о состоянии здоровья, которые мы можем получить с помощью биосенсоров, имеют решающее значение для отслеживания длительного состояния здоровья с целью раннего вмешательства и лечения заболеваний", - сказал Ли.

Исследование было опубликовано в журнале Small.

Источник: Университет штата Огайо
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202106866
 https://news.osu.edu/scientists-test-promising-biosensor-aimed-for-use-in-brain/