Команда исследователей из Университета штата Огайо разработала водостойкий биосенсор, способный фиксировать изменения концентрации ряда показателей спинномозговой жидкости для выявления вторичных повреждений после ЧМТ.
Черепно-мозговые травмы сопровождаются не только физическими, но и химическими изменениями, которые могут свидетельствовать о развитии вторичных повреждений ткани головного мозга. Такое поражение может быть летальным для человека, потому важно вовремя распознать эти изменения и начать лечение. По словам соавтора исследования доцента Цзинхуа Ли, подобные изменения возможно заметить по колебанию концентрации ионов натрия и калия в спинномозговой жидкости. До сих пор медики не имели средств для быстрой и эффективной проверки этого показателя, однако доцент Ли и её коллеги готовы представить миру такой инструмент – небольшой гибкий биосенсор толщиной меньше человеческого волоса.
В рамках деятельности программы Хронической травматической энцефалопатии при Университете штата Огайо учёные разработали биосенсор, который представляет собой комплекс полевых транзисторов, способных «улавливать» колебания уровня веществ в спинномозговой жидкости пациента и производить электрические сигналы, читаемые при помощи внешнего анализатора. Хотя устройство предназначено для работы со спинномозговой жидкостью, оно должно быть непроницаемым для других жидкостей. Для достижения данного эффекта комплекс транзисторов «упаковали» в оболочку из тончайшей плёнки диоксида кремния, прокалённого при температуре более 1000°С. Кроме того, во избежание перекрёстных «помех» учёные разработали строгие стандарты калибровки устройства, чтобы биосенсор реагировал на специфические вещества и игнорировал сторонние биомаркеры, коих более чем достаточно в такой сложной системе, как человеческий организм.
В лабораторных условиях биосенсор точно отметил изменения концентрации ионов натрия и калия в растворе, повторяющем состав спинномозговой жидкости. Кроме того, исследователи утверждают, что отслеживание признаков вторичных повреждений после ЧМТ – не единственный вариант применения подобного устройства. В частности, учёные также оценили надёжность датчика при оценке уровня кислотности сыворотки крови. По словам Ли, его также можно откалибровать для мониторинга уровня нейротрансмиттеров, пептидов, белков, нуклеотидных кислот и прочих биомаркеров, чтобы контролировать состояние пациентов с другими хроническими и острыми заболеваниями.
Прежде чем продолжить исследование перспективности применения сенсора на животных и людях, учёным предстоит изучить, как биосенсор и его оболочка ведут себя при длительном контакте с живыми тканями. В частности, на данном этапе кремниевая оболочка способна сохранять свою целостность на протяжении нескольких лет, а вот чувствительных элементов пока хватает лишь на несколько недель беспрерывной работы. Несмотря на имеющиеся проблемы, Цзинхуа и её коллеги верят, что подобные сенсоры имеют все шансы стать важным инструментом диагностики и мониторинга для гарантии своевременного медицинского вмешательства. Кроме того, их можно будет использовать для малоинвазивного отслеживания состояния пациентов на протяжении длительного времени для изучения природы различных заболеваний.