به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، دانشمندان یک دستگاه کاشتنی جدید طراحی کرده‌اند که می‌تواند سطوح نوسان پروتئین‌ها در بدن را در زمان واقعی نظارت کند. این دستگاه با الهام از تکان دادن میوه از شاخه‌های درخت، رشته‌هایی از DNA را تشکیل می‌دهد که به پروتئین‌ها می‌چسبند، آنها را تکان می‌دهند و سپس پروتئین‌های بیشتری را می‌گیرند. این استراتژی خلاقانه دستگاه را قادر می‌سازد تا در طول زمان از پروتئین های مختلف نمونه برداری کند تا تغییرات در نشانگرهای التهابی را اندازه گیری کند. در آزمایش‌های اثبات مفهوم، حسگرها به‌طور دقیق و حساس بیومارکرهای پروتئین التهاب را در موش‌های دیابتی اندازه‌گیری کردند. این کار پایه و اساس مدیریت زمان واقعی و پیشگیری از بیماری‌های حاد و مزمن را از طریق ردیابی پروتئین‌های حیاتی، مانند سیتوکین‌ها در التهاب، بیومارکرهای پروتئینی در نارسایی قلبی و بسیاری موارد دیگر ایجاد می‌کند. این مطالعه با عنوان سنسورهای پروتئینی با تنظیم مجدد فعال امکان نظارت مداوم در داخل بدن بر التهاب را فراهم می‌کند. سرپرست این تیم تحقیقاتی افزود: طراحی دستگاه مشابه یک مانیتور مداوم قند است که روی بازوی شما قرار می‌گیرد و سطوح را دقیقاً زیر پوست شما اندازه می‌گیرد. می توانید ببینید که سطح گلوکز شما در زمان واقعی در حال افزایش است. اما ممکن است انسولین خود را مصرف کنید و گلوکز شما پایین بیاید. شما باید بتوانید روندها را در جهت اشتباه و روندها را در جهت درست اندازه گیری کنید. پروتئین در التهاب نیز مشابه است. ما باید نوسانات را ردیابی کنیم تا بتوانیم تصویر کاملی از آنچه در بدن اتفاق می افتد به دست آوریم. این یک قابلیت کاملاً جدید است این‌که بتوانیم التهاب را در زمان واقعی تماشا کنیم. تعداد زیادی برنامه وجود دارد که ما اکنون شروع به استفاده ازآنها کرده‌ایم.

لرزش با الهام

در حالی که حسگرهای متعددی برای شناسایی مداوم مولکول‌های کوچک مانند گلوکز یا الکترولیت‌ها وجود دارد، طراحی حسگرهای پروتئین‌ها که بزرگ‌تر و پیچیده‌تر از مولکول‌های کوچک هستند چالش‌برانگیزتر است. برای شناسایی پروتئین‌ها در مایعات بیولوژیکی، دانشمندان معمولاً از گیرنده‌های DNA استفاده می‌کنند که به پروتئین‌ها متصل می‌شوند و آنها را از سیالات زیستی بیرون می‌کشند. حتی با بازسازی غیرفعال، این اتصالات Velcro مانند، آنقدر قوی هستند که بیش از 20 ساعت روی پروتئین ها نگه داشته می‌شوند و اندازه گیری نوسانات در زمان واقعی در خون را غیرممکن می‌کند. اولین نویسنده این مطالعه، پس از تلاش چندین راه‌حل برای تنظیم مجدد حسگرها، از یک مکان غیرمنتظره الهام گرفت: طبیعت. همچنین افزود: به این فکر کردم که چگونه تکان دادن یک درخت سیب، چه با دست یا با وزش باد، باعث جدا شدن و افتادن سیب‌های رسیده می‌شود. این مشاهدات ساده جرقه‌ای را برانگیخت. اگر بتوانیم گیرنده‌های DNA روی حسگرهای خود را تکان دهیم تا پروتئین های گرفته شده را به روشی مشابه آزاد کنیم، ممکن است پروتئین‌ها جدا شده و حسگر دوباره تنظیم شود. حسگرهای نانومقیاس مانند ردیف‌هایی از آونگ‌های پیازی به نظر می‌رسند که هر کدام یک طناب دو رشته‌ای از DNA را تشکیل می‌دهند. یک سر رشته DNA به یک الکترود متصل است و سر دیگر آن به قطعه دیگری از DNA متصل است که به پروتئین مورد نظر متصل می‌شود. هنگامی که محققان یک میدان الکتریکی متناوب اعمال می‌کنند، حسگرهای آونگ مانند به جلو و عقب می‌چرخند و در عرض یک دقیقه پروتئین‌ها را پرت می‌کنند و دیگران را می‌گیرند. اکنون، درست همانطور که درختان به طور مکرر رشد می‌کنند و میوه‌های خود را آزاد می‌کنند، حسگرهای DNA این مطالعه می‌توانند پروتئین‌های خود را پس از هر چرخه اندازه‌گیری آزاد کنند، و امکان نظارت مداوم و در زمان واقعی را در داخل بدن فراهم می‌کنند. این تجربه درست مانند برخورد نیوتن با سیب به گرانش اشاره کرد، طبیعت هنوز برای کسانی که به دقت توجه می کنند درس های قدرتمندی دارد.

زیر پوست رفتن

پس از تماشای کار دستگاه در آزمایشگاه، تیم در مرحله بعدی می خواست ببیند که آیا حسگرها در حیوانات زنده کار می کنند یا خیر. محققان یک میکرودستگاه قابل کاشت با الکترود و حسگرها در داخل یک میکروسوزن نازک، به عرض تنها سه تار موی انسان ساختند. این دستگاه که شبیه یک مانیتور مداوم قند است، روی پوست خارج از بدن قرار می‌گیرد در حالی که میکروسوزن برای نمونه‌گیری از مایعات، پوست را سوراخ می‌کند. محققان حسگرهایی را برای اتصال به دو سیتوکین پروتئینی که نشانگرهای کلیدی التهاب هستند، طراحی کردند. سپس دستگاه را به پوست موش های مبتلا به دیابت وصل کردند. از آنجایی که دیابت و التهاب ارتباط تنگاتنگی با یکدیگر دارند، بسیاری از عوارض مرتبط با دیابت ناشی از التهاب است. حسگرها با موفقیت تغییرات غلظت هر دو پروتئین را در مایع اندازه گیری کردند. هنگامی که موش‌ها روزه می‌گرفتند یا انسولین دریافت می‌کردند، حسگرها سطوح سیتوکین را در حین پایین آمدن آنها ردیابی می‌کردند. برعکس، زمانی که محققان ماده ای را به موش‌ها تزریق کردند که سیستم ایمنی را تحریک می‌کند، سطح سیتوکین‌های التهابی به سرعت بالا رفت. در واقع، حسگرها آنقدر حساس بودند که هر بار که یک موش تزریقی انسولین دریافت می‌کرد، دستگاه یک نوک کوچک التهاب را در جایی که سوزن پوست را سوراخ می‌کرد، تشخیص داد. اندازه‌گیری‌های حسگرها همچنین با روش‌های آزمایشگاهی استاندارد طلایی برای تشخیص پروتئین‌ها در مایعات بدن مطابقت داشت و موفقیت دستگاه را تأیید کرد.

اقدامات پیشگیرانه

اگرچه دستگاه جدید برای اندازه گیری التهاب به خوبی کار می‌کند، محققان قصد دارند از آن برای ردیابی بسیاری از نشانگرهای پروتئینی دیگر استفاده کنند. این مطالعه به طور خاص به نارسایی قلبی اشاره می‌کند که با پروتئینی به نام پپتید ناتریورتیک نوع BNP مرتبط است. پزشکان BNP را برای تشخیص و نظارت بر نارسایی قلبی اندازه گیری می‌کنند، اما در حال حاضر، هیچ راهی برای ردیابی مداوم این نشانگر در زمان واقعی وجود ندارد. نویسنده این مطالعه افزود: اگر نارسایی قلبی دارید، ممکن است هر سه ماه یکبار به پزشک مراجعه کنید. اما، مانند بسیاری از بیماری‌ها، علائم بین ویزیت‌های پزشک رخ می‌دهد. اگر بیمار احساس خوبی نداشته باشد، فوراً مشخص نیست که به دلیل نارسایی قلبی است. با یک مانیتور مداوم، زمانی که بیمار احساس خوبی ندارد، پزشک می‌توانند داده‌های خود را جمع آوری کرده و سطح BNP خود را بررسی کنند. سپس، داروها را می‌توان قبل از بدتر شدن علائم تنظیم کرد. امیدواریم روزی این فناوری به نفع بسیاری از افراد باشد، مطابق با آنچه که امروزه با تاثیر مثبت پایش مداوم گلوکز اتفاق افتاده است، این می‌تواند اقدام پیشگیرانه نهایی باشد.

پایان مطلب./