Die Zukunft der Medizin kann sehr gut in der Personalisierung der Gesundheitsversorgung liegen – genau zu wissen, was ein Individuum braucht und dann genau die richtige Mischung aus Nährstoffen, Metaboliten und Medikamenten liefert, um ihren Zustand zu stabilisieren und zu verbessern. Um dies möglich zu machen, brauchen Ärzte zunächst eine Möglichkeit, bestimmte Gesundheitsbiomarker kontinuierlich zu messen und zu überwachen.
Zu diesem Zweck hat ein Team von Caltech-Ingenieuren eine Technik für Tintenstrahlendruckarrays spezieller Nanopartikel entwickelt, die die Massenproduktion langlebiger tragbarer Schweißsensoren ermöglichen. Diese Sensoren könnten verwendet werden, um eine Vielzahl von Biomarkern wie Vitaminen, Hormonen, Metaboliten und Medikamenten in Echtzeit zu überwachen, die Patienten und ihren Ärzten die Fähigkeit zur kontinuierlichen Veränderung der Spiegel dieser Moleküle verfolgen.
Tragbare Biosensoren, die die neuen Nanopartikel einbeziehen, wurden erfolgreich zur Überwachung von Metaboliten bei Patienten mit langem Covid und den Spiegel an Chemotherapie bei Krebspatienten in der City of Hope in Duarte, Kalifornien, verwendet.
„Dies sind nur zwei Beispiele für das, was möglich ist“, sagt Wei Gao, Professor für medizinische Ingenieurwesen in der Abteilung für medizinische Ingenieurwesen von Andrew und Peggy Cherng bei Caltech. „Es gibt viele chronische Erkrankungen und ihre Biomarker, die diese Sensoren jetzt die Möglichkeit geben, kontinuierlich und nichtinvasiv zu überwachen“ Naturmaterialien Beschreibung der neuen Technik.
Gao und sein Team beschreiben die Nanopartikel als Kern-Kern-Kubik-Nanopartikel. Die Würfel werden in einer Lösung gebildet, die das Molekül enthält, das die Forscher verfolgen möchten – zum Beispiel Vitamin C. als Monomere, die sich spontan zusammensetzen, um ein Polymer zu bilden, das Zielmolekül – Vitamin C – in den kubischen Nanopartikeln eingeschlossen ist . Als nächstes wird ein Lösungsmittel verwendet .
In der neuen Studie kombinieren die Forscher die speziell gebildeten Polymere mit einem Nanopartikelkern aus NickelhexacyanoFerrate (NIHCF). Dieses Material kann bei Kontakt mit menschlichem Schweiß oder anderen Körperflüssigkeiten oxidiert oder reduziert werden. Bei der Rückkehr zum Vitamin C-Beispiel kommt Fluid mit dem NIHCF-Kern in Kontakt, solange die Vitamin-C-förmigen Löcher nicht besetzt sind, und dies erzeugt ein elektrisches Signal.
Wenn Vitamin -C -Moleküle jedoch mit dem Polymer in Kontakt kommen, rutschen sie in diese Löcher und verhindern so, dass Schweiß oder andere Körperflüssigkeiten mit dem Kern Kontakt aufnehmen. Dies schwächt das elektrische Signal. Die Stärke des elektrischen Signals zeigt also, wie viel Vitamin C vorhanden ist.
„Dieser Kern ist kritisch. Der Kern von NickelhexacyanoFerrate ist selbst in biologischen Flüssigkeiten sehr stabil, was diese Sensoren ideal für eine langfristige Messung macht“, sagt Gao, der auch Forschungsmittel für medizinische Forschungsinstitut und ein Scholar von Ronald und Joanne Willens ist.
Die neuen Kern-Shell-Nanopartikel sind sehr vielseitig und werden in Drucksensor-Arrays verwendet, die die Spiegel an mehreren Aminosäuren, Metaboliten, Hormonen oder Arzneimitteln in Schweiß- oder Körperflüssigkeiten messen, indem sie einfach mehrere Nanopartikel-Tinten in einem einzelnen Array verwenden. In den in der Arbeit beschriebenen Arbeiten druckten die Forscher beispielsweise Nanopartikel aus, die zusammen mit anderen Nanopartikeln an Vitamin C binden, die an die Aminosäure Tryptophan und Kreatinin binden, einem Biomarker, der üblicherweise gemessen wird, um zu sehen, wie gut die Nieren funktionieren. Alle Nanopartikel wurden zu einem Sensor kombiniert, der dann Masse erzeugt wurde. Diese drei Moleküle sind von Interesse an Studien von Patienten mit langem Covid.
In ähnlicher Weise druckten die Forscher nanopartikelbasierte tragbare Sensoren aus, die spezifisch für drei verschiedene Antitumor-Medikamente an einzelnen Sensoren waren, die dann an Krebspatienten in der City of Hope getestet wurden.
„Als wir das Potenzial dieser Technologie demonstrieren, konnten wir die Menge an Krebsmedikamenten im Körper zu einem bestimmten Zeitpunkt aus der Ferne überwachen“, sagt Gao. „Dies zeigt den Weg zum Ziel der Dosis -Personalisierung nicht nur für Krebs, sondern auch für viele andere Erkrankungen.“
In der Arbeit zeigte das Team auch, dass die Nanopartikel zum Drucken von Sensoren verwendet werden können, die direkt unter der Haut implantiert werden können, um den Arzneimittelspiegel im Körper genau zu überwachen.
