Оксид азота (NO) – одна из наиболее важных молекул в живых клетках. Она отвечает за доставку сигналов внутри клетки и между клетками, координирует работу иммунной системы. Во многих раковых клетках уровень оксида азота отличается от нормы, однако ученые точно не знают механизмов функционирования этого газа. Так, по их словам, роль оксида азота в прогрессировании рака весьма противоречива, и ученым нужны новые инструменты для понимания процесса.

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали новый инструмент для измерения уровня оксида азота в теле в режиме реального времени. Сконструированный инженерами сенсор можно имплантировать в тело (под кожу) на срок более года и контролировать процесс воспаления – тот процесс, во время которого производится NO.

Данная работа – первое доказательство того, что наносенсоры можно использовать прямо в теле в течение длительного периода времени. Сенсоры, изготовленные из углеродных нанотрубок, предполагается применять, в том числе, для обнаружения других молекул, например, глюкозы. Уже сейчас команда исследователей работает над датчиком для диабетиков – он будет следить за уровнем сахара и инсулина без необходимости брать пробы крови.

Углеродные нанотрубки в один нанометр толщиной ученые считают перспективными для изготовления сенсоров. Исследователи из Массачусетского технологического института недавно разработали сенсоры на основе углеродных трубок для различных молекул, в том числе перекиси водорода и зарина.

Такие датчики используют флуоресценцию углеродных нанотрубок: когда нанотрубка соединяется с конкретной молекулой она светится более ярким или более тусклым светом.

В новой работе исследователи модифицировали нанотрубку для создания двух различных типов датчиков: один для введения в кровоток для краткосрочного мониторинга, а другой – для долгосрочной имплантации под кожу.

Для лучшей работы сенсора ученые использовали биосовместимый полимер (полиэтиленгликоль), который предотвращает слипание частиц в кровотоке. Опыт на мышах показал, что в этом случае частицы могут проходить через легкие и сердце, не причиняя никакого ущерба. Большинство частиц накапливается в печени, где они используются для мониторинга уровня NO. При этом исследователи отмечают, что до сих пор они изучали только печень, но теперь видят, что частицы остаются в крови. Это значит, что можно изучать различные области тела с помощью наночастиц.

Сенсоры на основе нанотрубок могут находиться в организме более года, измеряя показания в режиме реального времени и не причиняя вреда организму

Сенсор для длительного нахождения в организме состоит из нанотрубок, встроенных в гель из альгината (полимера, получаемого из водорослей). После имплантации под кожу мышей гель оставался на месте и функционировал в течение 400 дней. Но исследователи предполагают, что срок работы сенсора можно продлить. В будущем такой сенсор будет полезным для контроля рака или других воспалительных заболеваний, для обнаружения иммунных реакций у пациентов с искусственным бедром или другими имплантированными устройствами.

Для мониторинга исследователи светят лазером ближнего инфракрасного диапазона на находящийся под кожей датчик, а тот излучает инфракрасный сигнал, который считывается специальным устройством, отличающим свечение нанотрубки от фонового свечения.

Сейчас ученые работают над адаптацией данной технологии для обнаружения глюкозы. Предполагается, что нанотрубки придут на смену электрохимическим датчикам по измерению уровня сахара в крови, которые работают недолго, к тому же повышают риск развития инфекции из-за проникновения электрода под кожу. Но новый сенсор будет определять уровень сахара в режиме реального времени, а подключенная к нему инсулиновая помпа будет подавать гормон в нужном количестве.