Уровень инсулина постоянно может отслеживать миниатюрный сенсор

Новый метод, использующий нанотехнологии для быстрого измерения уровня инсулина – важный шаг в развитии медицинских возможностей измерять состояние здоровья в реальном времени при помощи производящих инсулин клеток.

Кроме других способов применения, этот метод можно будет использовать для улучшения эффективности новой процедуры лечения диабета 1 типа (на ранней стадии), тем самым можно освободить диабетиков от приема инсулина на несколько лет. Этот способ работает за счет перемещения производящих инсулин клеток в поджелудочную железу диабетика, тем самым заменяются поврежденные или уничтоженные болезнью клетки.

Новый метод отслеживания уровня инсулина был разработан командой исследователей Вандербилта под предводительством доцента химии Дэвида Клиффела. О данной разработке сообщалось 18 февраля 2007 года в журнале «Analytica Chimica Acta».
Чтобы достичь своей цели, ученые разработали новый электрод для устройства под названием «микрофизиометр». Микрофизиометр отслеживает состояние живых клеток, погружая некоторые из них в соляной раствор, после чего помещая их в очень маленькую камеру, затем прибор проводит различные измерения их метаболизма. Объем камеры составляет всего лишь 3 микролитра – это примерно 1/20 обычной дождевой капли – что позволяет электроду отслеживать даже незначительные изменения уровня инсулина, производимого особыми клетками поджелудочной железы (островки Лангерганса).

Новый электрод выполнен из многослойных углеродных нанотрубок. Представьте себе несколько спрессованных плоских «листов» атомов углерода, из которых скручены очень маленькие трубочки. Вот что из себя представляет такая нанотрубка. По словам Уильяма Хофмайстера (сотрудник космического отделения Университета Теннеси), нанотрубки способны проводить ток, концентрацию инсулина в камере можно напрямую соотнести с текущим состоянием электрода. Нанотрубки надежно работают при уровне pH, характерном для живых клеток.

В настоящее время метод измерения производства инсулина в теле заключается в периодическом сборе маленьких образцов, при помощи которых измеряется уровень инсулина. Новый сенсор отслеживает уровень инсулина постоянно путем измерения величины перехода электронов, которые освобождаются при окислении молекулы инсулина в присутствии глюкозы. Когда клетки производят много инсулиновых молекул, показания сенсора увеличиваются, и наоборот, что позволяет исследователям непрерывно получать данные о концентрации инсулина. Данное устройство похоже на то, что изобрела другая группа ученых, которая работала с уровнями кислотности.

Предыдущие тесты показали, что датчики из нанотрубок более чувствительны в измерении инсулина, чем обычные методы. Однако, исследователям необходимо было преодолеть одну серьезную проблему, чтобы заставить трубки работать правильно в микрофизиометре.

Они обнаружили, что в маленькой камере жидкость вдоль поверхности электрода движется лучше, чем при выталкивании ее в обратную сторону. Получается, что эти микропотоки отталкивают нанотрубки от поверхности электрода сильнее, чем притягивают, тем самым ухудшая способность измерения электрической активности. Исследователи решили проблему, покрыв электрод слоем вещества дигидропирана, маленькие молекулы которого образуют ловушку для молекул инсулина на поверхности электрода.

«Одно из ключевых преимуществ проекта – открытие того, как удержать нанотрубки активными у поверхности, чтобы они не сносились микропотоками в сторону», — говорит Клиффел.

Сейчас микрофизиометр полностью продемонстрировал свою способность быстро определять малейшие количества инсулина, производимого отдельными клетками. Ученые хотят применить его для определения состояния инсулоцитов, которые используются для пересадки.

Исследователи из Университета Альберты показали, что инсулоциты можно трансплантировать больным диабетом 1 типа, что может значительно уменьшить необходимость приема инсулина на несколько лет. К сожалению, этим трансплантатам требуются большие дозы иммуносупрессивных лекарств, а ученые до сих пор не знают, как такие лекарства влияют на жизнеспособность иммуноцитов.

Одна из следующих задач – использовать микрофизиометр для измерения уровня инсулина, лактата и кислорода одновременно. Это позволит исследователям изучить, как иммуноциты реагируют на лекарства, а также поможет найти лучший способ решения проблемы отторжения трансплантатов. Также это позволит проверять состояние иммуноцитов перед пересадкой пациенту.

Разработка финансировалась Институтом Интегративных Биосистем Вандербилта, а также Центром Исследования Диабета Вандербилта, при поддержке Национального Института Здравоохранения. Исследование проводилось на иммуноцитах, полученных от мышей. Другие авторы работы: Рашель М. Снайдер, Мадалина Сиобану, Эмми Е. Ру.

Источник: www.st-cells.com