Имплантируемый сенсор определяет возможные признаки остеоартрита

Имплантируемый сенсор определяет возможные признаки остеоартрита

07 Oct 2022
57

Если дым указывает на пожар, то оксид азота сигнализирует о воспалении. Этот химический медиатор способствует развитию воспаления, но исследователи подозревают, что он может также хорошо выполнять свою работу после разрывов передней крестообразной связки и связанных с ними травм и инициировать раннее начало остеоартрита. Как правило, это дегенеративное заболевание диагностируется только после появления прогрессирующих симптомов, но потенциально его можно выявить гораздо раньше с помощью мониторинга оксида азота, считают ученые из Пенсильванского университета (США).

Эти ученые в сотрудничестве с исследователями из Китая разработали гибкий биосенсор, способный непрерывно и беспроводным способом обнаруживать оксид азота у кроликов. Результаты своего исследования разработчики метода опубликовали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

По их словам, оценка в реальном времени биомаркеров, связанных с воспалением, таких как оксид азота в полости сустава, может указывать на патологическую эволюцию на начальном этапе развития остеоартрита, предоставляя важную информацию для оптимизации терапии после травматического повреждения колена. 

Проблема заключается в том, что для обнаружения оксида азота необходимы высокочувствительные и стабильные электрохимические датчики, которые также должны быть гибкими и биосовместимыми, чтобы можно было точно определить место происхождения оксида азота.

Исследователи решили применить органические электрохимические транзисторы, которые могут использовать напряжение и ток для определения и усиления сигналов. Даже небольшие концентрации ионов могут быть обнаружены и усилены, когда они окисляются на электроде затвора и загоняют ионы электролита в канал устройства.

Исследователи настроили геометрию канала и материалы затвора, чтобы согласовать то, как электрохимические сигналы оксида азота попадают в канал и как устройство их обнаруживает. Бесканальный датчик с миниатюрной активной зоной чувствительности позволяет обнаруживать оксид азота с улучшенным пространственным разрешением по сравнению с ранее представленными электрохимическими датчиками оксида азота, что может позволить отображать электрохимические сигналы для получения исчерпывающей диагностической информации.

Исследователи интегрировали сенсоры с электронной микросхемой, в результате чего получилось устройство, непрерывно и без проводов отслеживающее уровень оксида азота, который передается через Bluetooth в приложение для мобильного телефона. Для проверки конструкции исследователи имплантировали устройства кроликам. В течение восьми дней исследователи обнаружили, что устройства успешно определяют концентрацию оксида азота.

Результаты показывают, что ранние признаки высокой концентрации оксида азота могут коррелировать с воспалением и дегенерацией хряща на более поздней стадии, что потенциально может дать важную информацию для оценки прогрессирования остеоартрита после травмы передней крестообразной связки и оптимизации посттравматического лечения.

В настоящее время исследователи планируют продолжить изучение связи между концентрацией оксида азота и остеоартритом и усовершенствовать технологию зондирования.