最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了生物傳感器技術(shù)的突破，即主動(dòng)復(fù)位蛋白質(zhì)傳感器的發(fā)展。這些傳感器設(shè)計(jì)用于連續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與炎癥相關(guān)的生物標(biāo)志物，解決了傳統(tǒng)生物傳感方法的局限性，例如信號(hào)漂移和飽和。

這項(xiàng)創(chuàng)新通過(guò)及時(shí)檢測(cè)白細(xì)胞介素-6 （IL-6） 和腫瘤壞死因子-α （TNF-α 等生物標(biāo)志物，有望管理慢性病，這些生物標(biāo)志物對(duì)追蹤炎癥反應(yīng)至關(guān)重要。

背景：持續(xù)監(jiān)控的必要性

炎癥是導(dǎo)致自身免疫性疾病、心血管疾病和癌癥等疾病的關(guān)鍵因素。IL-6 和 TNF-α 等生物標(biāo)志物對(duì)于評(píng)估炎癥反應(yīng)和指導(dǎo)醫(yī)療干預(yù)至關(guān)重要。然而，酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定 （ELISA） 等傳統(tǒng)方法缺乏提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的能力，并且需要?jiǎng)趧?dòng)密集型的樣品處理。

電化學(xué)生物傳感器由于其靈敏度和便攜性而提供了潛在的解決方案。盡管如此，信號(hào)不穩(wěn)定和需要頻繁重新校準(zhǔn)等挑戰(zhàn)限制了其長(zhǎng)期有效性。在傳感器設(shè)計(jì)中引入有源復(fù)位機(jī)制可以解決這些挑戰(zhàn)，使傳感器能夠長(zhǎng)時(shí)間可靠地運(yùn)行。

研究：開(kāi)發(fā)主動(dòng)復(fù)位傳感器

在這項(xiàng)研究中，研究人員采用使用計(jì)時(shí)安培法的電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)來(lái)測(cè)量靶蛋白的結(jié)合。他們的設(shè)計(jì)以適配子（結(jié)合特定靶標(biāo)的短 DNA 或 RNA 分子）為特色，將其固定在導(dǎo)電基材上，以捕獲髓過(guò)氧化物酶 （MPO） 等生物標(biāo)志物。主動(dòng)復(fù)位機(jī)制使用高頻振蕩來(lái)解離結(jié)合的蛋白質(zhì)，使傳感器能夠在不到一分鐘的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到基線狀態(tài)。

該研究的關(guān)鍵步驟包括：

• 傳感器制造：MPO 特異性適配子共價(jià)鍵合到導(dǎo)電底物上。

• 主動(dòng)復(fù)位機(jī)制：高頻振蕩經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可長(zhǎng)期保持傳感器的響應(yīng)能力。

• 體外測(cè)試：傳感器在 10 pg/ml 至 1000 pg/ml 的 MPO 濃度范圍內(nèi)進(jìn)行了測(cè)試，記錄了檢測(cè)限和響應(yīng)時(shí)間。

• 驗(yàn)證技術(shù)：石英晶體微量天平 （QCM） 測(cè)量證實(shí)了重置階段的蛋白質(zhì)解離。

• 體內(nèi)測(cè)試：在糖尿病大鼠體內(nèi)植入傳感器，監(jiān)測(cè)血液和間質(zhì)液 （ISF） 中的 IL-6 和 TNF-α 水平。實(shí)驗(yàn)條件包括禁食和胰島素注射，與對(duì)照組進(jìn)行比較。
  

主要發(fā)現(xiàn)和見(jiàn)解

主動(dòng)復(fù)位蛋白傳感器在體外和體內(nèi)環(huán)境中均表現(xiàn)出卓越的性能。主要發(fā)現(xiàn)包括：

• 增強(qiáng)的靈敏度：傳感器檢測(cè)到的 MPO 濃度明顯低于傳統(tǒng)方法。

• 快速?gòu)?fù)位時(shí)間：主動(dòng)復(fù)位機(jī)制即使在長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)也能保持一致的性能。

• 準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)：在動(dòng)物研究中，傳感器隨著時(shí)間的推移跟蹤 IL-6 和 TNF-α 水平，識(shí)別出不同的炎癥模式。

傳感器還顯示，禁食導(dǎo)致炎癥標(biāo)志物逐漸增加，而胰島素注射顯著降低了這些標(biāo)志物。結(jié)果根據(jù) ELISA 測(cè)量進(jìn)行了驗(yàn)證，證實(shí)了其準(zhǔn)確性和可靠性。

討論：對(duì)臨床應(yīng)用的影響

該研究強(qiáng)調(diào)了主動(dòng)復(fù)位蛋白傳感器徹底改變慢性病管理的潛力。持續(xù)監(jiān)測(cè)炎癥生物標(biāo)志物可以實(shí)現(xiàn)早期干預(yù)和更個(gè)性化的治療。

討論還強(qiáng)調(diào)了潛在的挑戰(zhàn)：

• 生物相容性：確保與生物環(huán)境的長(zhǎng)期相容性。

• 穩(wěn)定性：在各種條件下保持傳感器性能。

• 更廣泛的生物標(biāo)志物檢測(cè)：擴(kuò)大可檢測(cè)標(biāo)志物的范圍以涵蓋更廣泛的疾病。

主動(dòng)復(fù)位機(jī)制解決了傳統(tǒng)生物傳感器的許多限制，為臨床環(huán)境中的連續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)強(qiáng)大的平臺(tái)。

結(jié)論和未來(lái)方向

主動(dòng)重置蛋白質(zhì)傳感器代表了生物傳感技術(shù)向前邁出的重要一步，解決了信號(hào)漂移和飽和等持續(xù)存在的挑戰(zhàn)。這些傳感器能夠持續(xù)、可靠地監(jiān)測(cè)關(guān)鍵的炎癥生物標(biāo)志物，提供對(duì)管理慢性病至關(guān)重要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。未來(lái)的研究將側(cè)重于改進(jìn)傳感器設(shè)計(jì)、提高長(zhǎng)期穩(wěn)定性和擴(kuò)大可檢測(cè)生物標(biāo)志物的范圍。

這些傳感器在體外和體內(nèi)模型中的成功驗(yàn)證凸顯了它們通過(guò)實(shí)現(xiàn)持續(xù)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)來(lái)改變疾病管理的潛力。這一進(jìn)步為下一代生物傳感器奠定了基礎(chǔ)，為臨床醫(yī)生和研究人員提供了對(duì)炎癥的實(shí)時(shí)洞察，從而可以推動(dòng)更有效和個(gè)性化的治療策略。

期刊參考

H. Zargartalebi 等人（2024 年）。主動(dòng)復(fù)位蛋白傳感器可實(shí)現(xiàn)對(duì)炎癥的連續(xù)體內(nèi)監(jiān)測(cè)�？茖W(xué) 386， 1146-1153。DOI：10.1126/science.adn2600， https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn2600