La idea de sensores implantables que transmiten continuamente información sobre valores vitales y concentraciones de sustancias o fármacos en el cuerpo ha fascinado a médicos y científicos durante mucho tiempo. Dichos sensores permiten el seguimiento constante de la progresión de la enfermedad y el éxito terapéutico. Sin embargo, hasta ahoraLos sensores implantables no han sido aptos para permanecer en el cuerpo de forma permanente sino que han tenido que ser reemplazados al cabo de unos días o semanas. Por un lado, está el problema del rechazo del implante porque el cuerpo reconoce el sensor como un objeto extraño. Por otro lado,En la mano, el color del sensor que indica cambios de concentración ha sido inestable hasta ahora y se ha desvanecido con el tiempo. Los científicos de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz JGU han desarrollado un nuevo tipo de sensor implantable que puede operarse en el cuerpo durante varios meses. El sensor esbasado en nanopartículas de oro de color estable que se modifican con receptores para moléculas específicas. Incrustado en un tejido polimérico artificial, the nanogold se implanta debajo de la piel donde informa cambios en las concentraciones del fármaco al cambiar su color.
El implante informa la información como un "tatuaje invisible"
El grupo de investigación del profesor Carsten Soennichsen en JGU ha estado utilizando nanopartículas de oro como sensores para detectar pequeñas cantidades de proteínas en células de flujo microscópicas durante muchos años. Las nanopartículas de oro actúan como pequeñas antenas para la luz: la absorben y dispersan fuertemente y, por lo tanto, aparecencolorido. Reaccionan a las alteraciones en su entorno cambiando de color. El equipo de Soennichsen ha explotado este concepto para la detección médica implantada.
Para evitar que las pequeñas partículas se alejen o sean degradadas por las células inmunitarias, se incrustan en un hidrogel poroso con una consistencia similar a un tejido. Una vez implantadas debajo de la piel, pequeños vasos sanguíneos y células crecen en los poros. El sensor esintegrado en el tejido y no se rechaza como un cuerpo extraño. "Nuestro sensor es como un tatuaje invisible, no mucho más grande que un centavo y más delgado que un milímetro", dijo el profesor Carsten Soennichsen, director del Grupo de Nanobiotecnología en JGU.Las nanopartículas de oro son infrarrojas, no son visibles a simple vista. Sin embargo, un tipo especial de dispositivo de medición puede detectar su color de forma no invasiva a través de la piel.
en su estudio publicado en Nano letras , los investigadores de JGU implantaron sus sensores de nanopartículas de oro debajo de la piel de ratas sin pelo. Los cambios de color en estos sensores se monitorearon luego de la administración de varias dosis de un antibiótico. Las moléculas del fármaco se transportan al sensor a través del torrente sanguíneo. Al unirse areceptores específicos en la superficie de las nanopartículas de oro, inducen un cambio de color que depende de la concentración del fármaco. Gracias a las nanopartículas de oro de color estable y el hidrogel integrador de tejidos, se descubrió que el sensor permanece mecánica y ópticamente estable durante varios meses.
Gran potencial de las nanopartículas de oro como sensores médicos implantables de larga duración
"Estamos acostumbrados a que los objetos coloreados se decoloren con el tiempo. Las nanopartículas de oro, sin embargo, no se decoloran sino que mantienen su color de forma permanente. Como se pueden recubrir fácilmente con varios receptores diferentes, son una plataforma ideal para sensores implantables", explicó el Dr.. Katharina Kaefer, primera autora del estudio.
El concepto novedoso es generalizable y tiene el potencial de extender la vida útil de los sensores implantables. En el futuro, los sensores implantables basados en nanopartículas de oro podrían usarse para observar concentraciones de diferentes biomarcadores o fármacos en el cuerpo simultáneamente. Dichos sensores podrían encontrar aplicación endesarrollo de fármacos, investigación médica o medicina personalizada, como el manejo de enfermedades crónicas.
El trabajo en equipo interdisciplinario trajo éxito
Soennichsen tuvo la idea de usar nanopartículas de oro como sensores implantados ya en 2004 cuando comenzó su investigación en química biofísica como profesor junior en Mainz. Sin embargo, el proyecto no se realizó hasta diez años después en cooperación con el Dr. Thies Schroeder yDra. Katharina Kaefer, ambas científicas de JGU. Schroeder tenía experiencia en investigación biológica y ciencia de animales de laboratorio y ya había completado varios años de trabajo de investigación en los Estados Unidos. Kaefer estaba buscando un tema interesante para su doctorado y estaba particularmente interesada en el complejoy carácter interdisciplinario del proyecto. Los resultados iniciales llevaron a un estipendio otorgado a Kaefer por el Centro de Graduados Max Planck MPGC, así como al apoyo financiero de Stiftung Rheinland-Pfalz für Innovation. "Un proyecto de este tipo requiere muchas personas con diferentes antecedentes científicos.Paso a paso fuimos capaces de convencer a más y más personas de nuestra idea ", dijo Soennichsen felizmente. En última instancia, fue interdisciplinarinario trabajo en equipo que resultó en el desarrollo exitoso del primer sensor funcional implantado con nanopartículas de oro.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Johannes Gutenberg Universitaet Mainz . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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