Простой тест, разработанный в Университете штата Вашингтон, позволит астронавтам и другим людям, работающим посменно, отслеживать свои биологические ритмы всего за несколько минут с помощью капли крови, бумажной тест-полоски и считывающего устройства на смартфоне. Междисциплинарная группа исследователей из Вашингтонского университета создала недорогой 15-минутный тест с использованием флуоресцентных наночастиц для измерения уровня мелатонина, который повышается и понижается в соответствии с внутренними биологическими часами человека.
Внутри нашего организма существуют часы, которые управляют циркадными ритмами – 24-часовыми циклами, охватывающими широкий спектр процессов, включая пищеварение, метаболизм, работу мозга и состояние бодрствования. Поддержание нормальных циркадных ритмов особенно критично для людей, работающих посменно, и особенно важно в космической индустрии, где естественные циклы смены дня и ночи нарушаются, что приводит к сбою биологических часов. Это негативно сказывается на эффективной работе мозга, а в условиях космического полета может определить исход миссии.
В работе, опубликованной в Nanoscale Horizons, представлен метод определения уровня мелатонина, основанный на использовании флуоресцентного датчика, изготовленного на 3D-принтере. Данный прибор позволяет установить концентрацию мелатонина, соответствующую началу биологических темновых явлений в организме человека.
«Энни Ду, профессор и исследователь Колледжа фармации и фармацевтических наук, соавтор недавней публикации, отмечает: «Одной из задач данного исследования является отслеживание циркадных ритмов астронавтов». Она поясняет, что команда разработала способ измерения уровня мелатонина с помощью смартфона, позволяющий получить количественную оценку результата. Это имеет большое значение, поскольку дает возможность проводить измерения непосредственно на месте, исключая необходимость отправки образцов крови для лабораторного анализа. Метод основан на иммуноферментном анализе с латеральным потоком и использует бумажную полоску, аналогичную тест-полоскам для диагностики COVID-19 или беременности. Благодаря этому методу удается точно определить концентрацию мелатонина».
В области создания доступных систем мониторинга здоровья с помощью тест-полосок и смартфона компания Du представила ряд новых разработок, в частности, систему, позволяющую пожарным и другим экспертам оперативно определять воздействие дыма от лесных пожаров на здоровье. Кроме того, исследования направлены на разработку способов доставки лекарственных препаратов с использованием наноматериалов для терапии рака, артрита и ряда других недугов.
Мелатонин – гормон, синтезируемый шишковидной железой, расположенной в головном мозге. Его концентрация возрастает в вечернее время и уменьшается утром. Следовательно, мелатонин функционирует как внутренний маркер, сигнализирующий о наступлении «физиологической ночи». Информация о времени начала физиологической ночи у человека может оказаться ценной при планировании деятельности, требующей высокой эффективности в ночные часы или в течение продолжительного периода. Она также имеет значение для диагностики и коррекции нарушений циркадных ритмов сна, возникающих вследствие сбоев в работе биологических часов.
Поскольку концентрация мелатонина в образцах крови крайне мала, его обнаружение традиционными методами затруднено. Для повышения чувствительности анализа исследователи создали методику, основанную на использовании наночастиц из европия – редкоземельного материала, обладающего выраженными флуоресцентными характеристиками.
Использование флуоресцентных наночастиц позволило добиться чувствительности, соответствующей «золотому стандарту», при определении концентрации мелатонина – до 10 пикограммов на миллилитр. Данная точность соответствует началу физиологической ночи у человека – периоду, когда внутренние часы прекращают поддерживать состояние бодрствования, и могут возникнуть нарушения в работе мозга.
В настоящее время специалисты проводят испытания устройства, используя образцы плазмы крови добровольцев, принимавших участие в исследованиях. Ду выражает надежду, что в будущем данную технологию удастся применить для разработки системы непрерывного контроля уровня мелатонина, аналогичной системам мониторинга глюкозы, используемым пациентами с диабетом.
[Фото: Freepik.com]