Bioinšpirovaný senzor monitoruje metabolizmus v reálnom čase
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 31. 3. 2025
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Výskumníci z Kalifornskej univerzity v Los Angeles vyvinuli malý bioinšpirovaný senzor, ktorý môže pomôcť sledovať metabolity - látky vznikajúce alebo používané pri rozklade potravy, liekov alebo dokonca vlastného tuku a svalov v metabolických procesoch - oveľa podrobnejšie ako súčasné metódy.
Táto technológia by mohla odomknúť nové spôsoby zisťovania a zvládania chorôb a porúch, sledovania reakcií pacientov na liečbu a urýchliť vývoj účinnejších liekov. Mimoriadne zaujímavé je, ako senzor sleduje prirodzené biochemické procesy, napríklad spôsob, akým sa molekuly premieňajú a vzájomne ovplyvňujú v našom tele.
Tím z Kalifornského inštitútu pre nanosystémy (California NanoSystems Institute) nazýva svoje výtvory ako „senzory založené na tandemovej metabolickej reakcii“ alebo skrátene senzory TMR (Tandem Metabolic Reaction). Fungujú ako miniatúrne chemické laboratóriá, ktoré monitorujú metabolity. Senzory sú pritom zabudované na maličkých elektródach vyrobených z extrémne malých jednostenných uhlíkových nanorúrok. Vedci na tieto elektródy umiestnili enzýmy a pomocné molekuly, ktoré pomáhajú pri chemických reakciách, nazývané ako kofaktory.
Keď sa špecifický metabolit (molekula, ktorú chcú detegovať) priblíži k senzoru, enzýmy spôsobia chemickú reakciu. Táto reakcia je veľmi špecifická pre cieľový metabolit. Niekedy môže senzor prostredníctvom tejto reakcie zistiť metabolit priamo. V iných prípadoch, ak metabolit nie je možné priamo detegovať, enzýmy ho najprv premenia na inú molekulu, ktorú možno detegovať. Táto premena sa môže uskutočniť prostredníctvom série krokov, podobne ako prirodzené metabolické dráhy v tele. Táto schopnosť vykonávať viacero reakcií je dôvodom, prečo sa nazývajú ako „senzory založené na tandemových metabolických reakciách“.
Kľúčovou súčasťou týchto reakcií je výmena elektrónov. Keď enzýmy pôsobia na metabolit, môžu spôsobiť pohyb elektrónov. Tieto pohyby elektrónov vytvárajú elektrický prúd na povrchu uhlíkových nanorúrok. Senzor potom meria tento elektrický prúd. Množstvo prúdu pritom vedcom ukazuje, aké množstvo metabolitu je prítomné. Vyšší prúd teda znamená viac metabolitu a nižší prúd znamená menej.
Senzory TMR v podstate využívajú prírodné chemické reakcie, ktoré prebiehajú na malom elektrickom povrchu, aby premenili prítomnosť metabolitov na merateľný elektrický signál.
Prostredníctvom konverzného kroku môžu tieto senzory detegovať viac ako dve tretiny všetkých rôznych metabolitov produkovaných v ľudskom tele. To by mohlo poskytnúť podrobný obraz o tom, čo sa deje so stavom pacienta a ako reaguje na liečbu.
Vedci poznamenávajú, že táto technológia by mohla pomôcť včas odhaliť poruchy srdca a personalizovať liečbu na riešenie individuálnych metabolických stavov pacientov. Mohla by optimalizovať fyzickú kondíciu športovcov sledovaním toho, ako ich telo metabolizuje energiu pri záťaži. Senzory TMR by tiež mohli objasniť, ako vyvíjané lieky ovplyvňujú metabolické dráhy, a poukázať na spôsoby optimalizácie ich účinkov.
Sam Emaminejad, hlavný autor článku, ktorý nedávno vyšiel v magazíne Proceedings of the National Academy of Sciences, uviedol, že by to mohlo pomôcť pochopiť zložité a záhadné prepojenie medzi črevom a mozgom.
„Hlavnou výzvou pri pochopení toho, ako sa črevá a mozog navzájom ovplyvňujú, je zachytenie zmien v čase,“ vysvetlil vedec. „Nástroj, ktorý sleduje metabolity nepretržite a nespolieha sa na jednorazové laboratórne merania, by mohol pomôcť odhaliť túto obojsmernú komunikáciu. Konečne sme vybavení na testovanie dôležitých hypotéz, ktorým chýbali kľúčové údaje. Pomáhajú nám lepšie pochopiť, ako činnosť čriev ovplyvňuje celkové zdravie, od vyvolávania zápalov a ovplyvňovania duševnej pohody až po formovanie progresie chronických ochorení.“
