最近的一項研究發(fā)現了生物傳感器技術的突破，即主動復位蛋白質傳感器的發(fā)展。這些傳感器設計用于連續(xù)、實時監(jiān)測與炎癥相關的生物標志物，解決了傳統(tǒng)生物傳感方法的局限性，例如信號漂移和飽和。

這項創(chuàng)新通過及時檢測白細胞介素-6 （IL-6） 和腫瘤壞死因子-α （TNF-α 等生物標志物，有望管理慢性病，這些生物標志物對追蹤炎癥反應至關重要。

背景：持續(xù)監(jiān)控的必要性

炎癥是導致自身免疫性疾病、心血管疾病和癌癥等疾病的關鍵因素。IL-6 和 TNF-α 等生物標志物對于評估炎癥反應和指導醫(yī)療干預至關重要。然而，酶聯免疫吸附測定 （ELISA） 等傳統(tǒng)方法缺乏提供實時數據的能力，并且需要勞動密集型的樣品處理。

電化學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，信號不穩(wěn)定和需要頻繁重新校準等挑戰(zhàn)限制了其長期有效性。在傳感器設計中引入有源復位機制可以解決這些挑戰(zhàn)，使傳感器能夠長時間可靠地運行。

研究：開發(fā)主動復位傳感器

在這項研究中，研究人員采用使用計時安培法的電化學檢測技術來測量靶蛋白的結合。他們的設計以適配子（結合特定靶標的短 DNA 或 RNA 分子）為特色，將其固定在導電基材上，以捕獲髓過氧化物酶 （MPO） 等生物標志物。主動復位機制使用高頻振蕩來解離結合的蛋白質，使傳感器能夠在不到一分鐘的時間內恢復到基線狀態(tài)。

該研究的關鍵步驟包括：

• 傳感器制造：MPO 特異性適配子共價鍵合到導電底物上。

• 主動復位機制：高頻振蕩經過優(yōu)化，可長期保持傳感器的響應能力。

• 體外測試：傳感器在 10 pg/ml 至 1000 pg/ml 的 MPO 濃度范圍內進行了測試，記錄了檢測限和響應時間。

• 驗證技術：石英晶體微量天平 （QCM） 測量證實了重置階段的蛋白質解離。

• 體內測試：在糖尿病大鼠體內植入傳感器，監(jiān)測血液和間質液 （ISF） 中的 IL-6 和 TNF-α 水平。實驗條件包括禁食和胰島素注射，與對照組進行比較。
  

主要發(fā)現和見解

主動復位蛋白傳感器在體外和體內環(huán)境中均表現出卓越的性能。主要發(fā)現包括：

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

• 快速復位時間：主動復位機制即使在長時間使用時也能保持一致的性能。

• 準確的實時數據：在動物研究中，傳感器隨著時間的推移跟蹤 IL-6 和 TNF-α 水平，識別出不同的炎癥模式。

傳感器還顯示，禁食導致炎癥標志物逐漸增加，而胰島素注射顯著降低了這些標志物。結果根據 ELISA 測量進行了驗證，證實了其準確性和可靠性。

討論：對臨床應用的影響

該研究強調了主動復位蛋白傳感器徹底改變慢性病管理的潛力。持續(xù)監(jiān)測炎癥生物標志物可以實現早期干預和更個性化的治療。

討論還強調了潛在的挑戰(zhàn)：

• 生物相容性：確保與生物環(huán)境的長期相容性。

• 穩(wěn)定性：在各種條件下保持傳感器性能。

• 更廣泛的生物標志物檢測：擴大可檢測標志物的范圍以涵蓋更廣泛的疾病。

主動復位機制解決了傳統(tǒng)生物傳感器的許多限制，為臨床環(huán)境中的連續(xù)、實時監(jiān)測提供了一個強大的平臺。

結論和未來方向

主動重置蛋白質傳感器代表了生物傳感技術向前邁出的重要一步，解決了信號漂移和飽和等持續(xù)存在的挑戰(zhàn)。這些傳感器能夠持續(xù)、可靠地監(jiān)測關鍵的炎癥生物標志物，提供對管理慢性病至關重要的實時數據。未來的研究將側重于改進傳感器設計、提高長期穩(wěn)定性和擴大可檢測生物標志物的范圍。

這些傳感器在體外和體內模型中的成功驗證凸顯了它們通過實現持續(xù)、準確的監(jiān)測來改變疾病管理的潛力。這一進步為下一代生物傳感器奠定了基礎，為臨床醫(yī)生和研究人員提供了對炎癥的實時洞察，從而可以推動更有效和個性化的治療策略。

期刊參考

H. Zargartalebi 等人（2024 年）。主動復位蛋白傳感器可實現對炎癥的連續(xù)體內監(jiān)測。科學 386， 1146-1153。DOI：10.1126/science.adn2600， https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn2600