Разработан флуоресцентный наносенсор на основе углеродных нанотрубок, который обеспечивает быстрое и селективное оптическое обнаружение индол-3-пропионовой кислоты (IPA) — метаболита, производимого кишечной микробиотой при расщеплении триптофана. IPA участвует в регуляции воспаления и оксидативного стресса и связана с состояниями, включая воспалительные заболевания кишечника, сахарный диабет 2 типа и заболевания печени. Традиционные методы обнаружения основаны на масс-спектрометрии, они дорогостоящие и трудоёмкие; новый оптический подход предлагает более быстрый и потенциально доступный вариант для скрининга и мониторинга.
Принцип работы и селективность
Наносенсор даёт оптический флуоресцентный ответ за считанные минуты и демонстрирует высокую селективность, позволяя отличать IPA от близкородственных метаболитов, присутствующих в кишечнике. Это обеспечивает точное обнаружение даже в сложных биологических средах, таких как сыворотка и плазма, что важно для клинического применения за пределами лаборатории.
Двухрежимная платформа и возможные применения
Технология обладает двухрежимной способностью сенсинга: видимый флуоресцентный режим обеспечивает быстрый и недорогой скрининг биологических образцов, тогда как ближний инфракрасный режим позволяет глубже проникать в ткани и адаптировать платформу для in vivo применения и интеграции в носимые устройства. Такая гибкость делает платформу пригодной для использования в лабораториях, у постели больного и в портативных приборах для домашнего или непрерывного мониторинга.
Клиническая оценка и потенциал
При тестировании на образцах плазмы с участием различных групп пациентов обнаружены значимые различия уровней IPA между здоровыми людьми и пациентами с воспалительными заболеваниями кишечника; при активном воспалении уровни IPA оказались ниже, что соответствует имеющимся клиническим наблюдениям. Быстрый и простой метод оценки уровней таких метаболитов может дополнять существующие диагностические инструменты и давать дополнительные сведения о состоянии пациентов.
Преимущества по сравнению с тестами микробиома
В отличие от тестов, ориентированных на идентификацию состава микробиоты, этот наносенсор измеряет продукты метаболизма микробов, то есть их функциональную активность. Прямое измерение выхода метаболитов может давать более информативную картину состояния кишечника и способствовать персонализированным подходам в лечении и подборе диетических вмешательств.
Применение в исследованиях и разработках терапии
Платформа может использоваться для быстрого функционального тестирования эффективности новых лекарственных средств или пробиотиков, позволяя оперативно оценивать биологическую активность вмешательств и оптимизировать дозировки. Надёжная работа в сложных биологических жидкостях — важный шаг к трансляции технологии в клинику.
Дальнейшая валидация и развитие
Основные направления дальнейшей работы включают валидацию и разработку диагностического инструмента для применения на местах оказания помощи, расширение платформы для одновременного обнаружения нескольких метаболитов кишечника и внедрение алгоритмов для точной деконволюции сигналов. В перспективе возможна интеграция в носимые устройства, микрофлюидные системы или платформы с микроколючками для непрерывного мониторинга в реальном времени.
Развитие подобной оптической сенсорной технологии может ускорить и упростить мониторинг состояния кишечника, сделать его более доступным вне лабораторий и предоставить новые возможности для персонализированной медицины.
