Nanoskale Biosensor permite a los científicos monitorear las moléculas en tiempo real

¿No sería esto sorprendente si podemos monitorear continuamente el estado molecular de nuestro cuerpo? Considere soluciones que pueden detectar enfermedades tempranas del suministro de medicamentos personalizados hasta el cáncer.

Durante las últimas dos décadas, la investigación tiene como objetivo hacerla realidad mediante el desarrollo de dispositivos que lo desarrollen que mide una respuesta química o biológica en nuestro cuerpo y envíe su medición como un signo legible desde fuera del cuerpo. Estos dispositivos llamados biosensores ahora pueden ver moléculas pequeñas como drogas en tiempo real, pero solo funcionan brevemente. Todavía no hay biosensor confiable que pueda monitorear muchas sustancias diferentes en nuestro cuerpo durante mucho tiempo.

Para abordar este límite, los investigadores de Stanford ahora han diseñado un biosensor modular, que se llama sensor de nanoestructura electroquímica estable para la sangre para la sangre en el sistema Sensbit (Sensbit), que permanece completamente funcional durante una semana cuando se transforma directamente en vasos sanguíneos.

En un papel Publicado En Ingeniería biomédica de la naturalezaEl equipo de investigación de Stanford demostró que el Sensbit puede rastrear continuamente el perfil de concentración de drogas. El equipo logró la máxima eficacia de la señal tanto en el modelo de rata viva como en el suero humano.

Control intestinal

Durante un período de década, los investigadores del laboratorio de SOH diseñaron un interruptor molecular que puede unir pequeñas moléculas de interés en el cuerpo para dar una salida de señal legible para medir continuamente las concentraciones de moléculas. Estos interruptores son el riesgo de disminución debido a las reacciones inmunes naturales del cuerpo.

Para ayudar a prevenir este problema, en su trabajo anterior, el equipo "oculta" el interruptor al electrodo de Nanoporus. Los signos de estos electrodos podrían medir primero el nivel del medicamento dentro del tumor de una rata viva. A pesar del intento, esta técnica aún no puede durar mucho dentro de un organismo debido a ataques del sistema inmunitario.

"Necesitábamos un sistema material que pudiera entender el objetivo mientras protegía el interruptor molecular, y cuando pensé, espera, ¿cómo resuelve este problema?" El primer escritor del periódico, Yihanung Chen, dijo, quien hizo este trabajo mientras ganaba doctorado. En Ciencia e Ingeniería de Materiales bajo SOH.

Chen y su equipo se inspiraron en el intestino humano, que diseña el sistema Sensorbit para imitar la defensa natural del intestino. Al igual que los microvili que recubren la pared intestinal, la superficie de oro de nanoporus 3D del sensor adapta sus elementos sensibles con la intervención, mientras que el intestino ayuda a prevenir un revestimiento protector que disminuye el modelado después de la mucosa del intestino. Esto permite que el diseño del diseño de bioinspade permanezca estable y sensible incluso después de varios días de exposición continua a la sangre que fluye dentro de los animales vivos.

Al probar el Sensebit, el equipo de la cadena encontró que sigue siendo más del 70% de su señal después de un mes (parte de la sangre que se elimina las células y los factores de coagulación) y se trasplantan a los vasos sanguíneos de ratones vivos después de gastar más del 60% por semana. Hasta donde los investigadores saben, el rango anterior para la exposición intravenosa para este tipo de dispositivo fue de 11 horas, mientras que Sensebit duró 7 días. Sensbit puede proporcionar un monitoreo molecular confiable y de tiempo real en fluidos biológicos complejos.

Un nuevo enfoque para leer nuestra biología

Hay un libro de jugadas muy coordinado en nuestro cuerpo cuando un virus, bacterias o cualquier otro invasor intentan interrumpir nuestro sistema natural. Si podemos entender cómo el cuerpo está coordinando usando estas moléculas, podemos potencialmente levantar la infección antes de que surja cualquier síntoma.

El uso de un sistema SenseBit no es la única estrategia para el monitoreo molecular continuo; Sin embargo, parece mucho mejor que cualquier dispositivo similar probado en la sangre.

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El monitoreo molecular constante puede abrir la puerta a un nuevo paradigma médico, un donde no solo podemos detectar la primera enfermedad, sino también para adaptar potencialmente el tratamiento en tiempo real.

"Creo que nuestro trabajo contribuye a sentar las bases de este futuro", dijo Chen, "y estoy inspirado para ayudar a llevar adelante esos límites".

Soh es profesor de la Fundación WM Keck en Ingeniería Eléctrica. También es miembro del Stanford Bio-X, Wu Tsai Human Performance Alliance, el Instituto de Investigación de Salud de la Materia y Child, el Instituto de Cáncer de Stanford y el Instituto Wu Tsai Neurocaines y el compañero de Sarafan Comm.

El ex compañero de Stanford de Stanford, ex compañero postdoctoral Kaiu Fu, ex residente veterinaria Renee Cotton, ex erudita postdotoral Zeeho Ou, Postdorle Scholars Jean Cowc, ex ingeniera de investigación, June Chau Chion, el ex estudioso postdotoral Vladimir Kesler, East Postdocollers Yin Nyin y East Postdom, Hinin Hinin, Nin Nin Nyin, Niin Chion. Ingeniería.