Живой сенсорный дисплей: инженерная кожа как биологический монитор
Исследовательская группа из Японии разработала био-гибридный подход, который работает внутри организма, превращая инженерную кожу в видимый индикатор внутренних биологических состояний.
Совместная группа под руководством Токийского городского университета и Токийского университета в сотрудничестве с RIKEN и Canon Medical Systems Co. представила живой сенсорный дисплей: инженерный кожный трансплантат, который флуоресцирует в ответ на специфические биомаркеры, такие как воспаление.
Система, описанная в Nature Communications, использует естественную регенерацию кожи организма для поддержки долгосрочного мониторинга биомаркеров, обеспечивая визуальный результат без забора крови после имплантации.
Больше, чем просто кожа
Исследователи использовали эпидермальные стволовые клетки, которые естественным образом поддерживают и обновляют кожу на протяжении всей жизни. Генетически модифицировав эти клетки для реакции на воспалительную сигнализацию (активацию пути NF-κB), команда создала кожную ткань, которая экспрессирует усиленный зелёный флуоресцентный белок (EGFP) в ответ на сигналы, связанные с воспалением.
Когда сенсор — часть организма
При трансплантации мышам инженерная кожа приживается и функционально интегрируется с тканью хозяина. При индукции воспаления трансплантированная область излучает зелёную флуоресценцию, преобразуя внутренние молекулярные сигналы во внешний оптический сигнал.
Поскольку сенсор состоит из живых эпидермальных стволовых клеток, он поддерживается за счёт естественного обновления кожи.
«В отличие от обычных устройств, которым требуются источники питания или периодическая замена, эта система биологически поддерживается самим организмом», — сказал профессор Сёдзи Такэути из Токийского университета. «В наших экспериментах функциональность сенсора сохранялась более 200 дней, поскольку инженерные стволовые клетки непрерывно регенерировали эпидермис».
В сторону видимого долгосрочного мониторинга биомаркеров
Это исследование демонстрирует доказательство концепции долгосрочного, биологически интегрированного зондирования без батарей, проводов или активных действий пользователя. Хотя работа была сосредоточена на воспалительной сигнализации, базовая стратегия адаптируема.
Модифицируя молекулярные мишени, можно создавать аналогичные инженерные кожные конструкции для реакции на другие физиологические или метаболические сигналы.
Исследователи отмечают, что такая технология может найти применение не только в здравоохранении, но и в исследованиях на животных и ветеринарной медицине, где визуальные индикаторы состояния здоровья могут помочь в раннем обнаружении заболеваний у животных, не способных сообщать о симптомах.