Кожа мыши стала светящимся датчиком благодаря работе ученых

Новости МирТесен

Японские ученые создали «живой дисплей» – это имплантируемый дисплей, изготовленный из искусственно выращенной кожи, который излучает зеленый свет при выявлении воспалительного процесса в организме. Данная технология обеспечивает постоянный мониторинг биомаркеров в крови, исключая необходимость в использовании электроники, проводов или периодических лабораторных исследованиях.

Современные медицинские подходы сталкиваются с ограничениями. Лабораторные исследования крови, хоть и отличаются высокой точностью, могут быть неприятными для пациента и предоставляют лишь кратковременную информацию о состоянии здоровья. Носимые устройства, в свою очередь, удобны в использовании, но фиксируют лишь поверхностные показатели, такие как частота сердечных сокращений или температура тела. Медицинским специалистам необходим инструмент для постоянного мониторинга биохимических процессов, происходящих в организме – например, хронического воспаления или цитокинового шторма – в режиме реального времени.

Авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, благодаря этой технологии живые клетки были преобразованы в сенсоры. Специалисты модифицировали стволовые клетки эпидермиса, известные как кератиноциты, встроив в их геном искусственно созданную программу.

В клетки была внедрена генетическая конструкция, ассоциированная с сигнальным путем NF-kB. При воздействии молекулы воспаления TNF-α (фактор некроза опухоли) этот путь активируется, что приводит к синтезу зеленого флуоресцентного белка (EGFP). Из этих измененных клеток была создана полноценная многослойная трехмерная модель кожи. Полученную «кожу-сенсор» имплантировали на спины мышей. Трансплантат успешно прижился, образовал новые кровеносные сосуды и интегрировался в организм, получая питание непосредственно из кровотока животного.

Мышам вводили вещества, вызывающие воспаление (TNF-α или бактериальные токсины LPS), после чего наблюдали за флуоресценцией кожи через специальные фильтры. Результаты тестов продемонстрировали, что разработанная система позволяет отслеживать химические процессы, происходящие в организме, в режиме реального времени. При стимуляции иммунного ответа у грызунов пересаженная кожа начинала излучать свет, интенсивность которого соответствовала степени воспаления. По мере затухания воспалительного процесса свечение уменьшалось, однако сенсор продолжал функционировать.

Ключевым успехом стало обеспечение длительного срока службы системы. В отличие от обычных клеток, которые со временем подвергаются гибели, стволовые клетки, примененные исследователями, непрерывно делились, возобновляя структуру кожи. Это позволило избежать «истощения» сенсора: он продолжал стабильно передавать информацию об угрозе в течение более чем 200 дней, без необходимости в каком-либо обслуживании.

Благодаря новой технологии, организм человека сам становится инструментом для диагностики. В перспективе, на смену умным часам могут прийти небольшие участки модифицированной кожи, которые позволят выявлять скрытые заболевания на начальных этапах.