В НИТУ МИСИС разработали высокоточный датчик-наноэлектрод, которым можно в режиме реального времени измерять концентрацию ионов меди в живых клетках и целых органах. Разработка открывает новые подходы в диагностике и анализе динамики онкологических и наследственных заболеваний. Кроме того, сенсор позволит оценивать эффективность новых лекарственных препаратов, содержащих медь.
Нарушение обмена меди в организме может привести к серьезным последствиям, в том числе к раку и болезням Альцгеймера, Вильсона-Коновалова, Менкеса и др. Выявить патологию на ранних стадиях и проанализировать ее прогрессирование поможет точное обнаружение ионов меди в клетках, а также оценка способности тканей и органов накапливать медьсодержащие соединения.
Стандартными датчиками невозможно проводить процедуры без повреждения клеток организма. Исследователи НИТУ МИСИС решили эту проблему, разработав универсальный наноразмерный электрохимический сенсор для точного количественного обнаружения меди не только в отдельных клетках, но и в 3D-моделях злокачественных образований, реальных опухолях и целых органах.
«Дисбаланс меди может быть причиной или являться следствием серьезных нарушений в организме. Новый датчик позволяет определять концентрацию ионов металлов быстрее и точнее, чем аналоги. Благодаря размеру наноэлектрода процедура малоинвазивна и безопасна для живых объектов», — отметил к.ф-м.н. Александр Ерофеев, заведующий лабораторией биофизики НИТУ МИСИС.
Сенсор состоит из наноразмерных капилляров — полых трубок из кварца, модифицированных углеродом, золотом и соединением для связывания меди. Принцип работы основан на электрохимической реакции окисления и восстановления меди, считываемой с помощью циклической вольтамперометрии. Подробности работы опубликованы в научном журнале Analytical Chemistry (Q1).
«Наноэлектрод поможет более точно диагностировать заболевание и проанализировать динамику лечения. Кроме того, с помощью датчика можно косвенно оценить эффективность противоопухолевых, противогрибковых и противомикробных лекарственных средств, имеющих в своем составе медь», — рассказал инженер научного проекта лаборатории биофизики НИТУ МИСИС Роман Тимошенко.«Коллектив исследователей Университета МИСИС под руководством к.ф-м.н, заведующего лабораторией биофизики Александра Ерофеева на протяжении ряда лет занимается созданием инновационных технологий для медицины, которые в будущем позволят упростить диагностику и лечение различных наследственных и онкологических заболеваний. Новый высокоточный датчик по измерению уровня меди в организме, разработанный нашими учеными, обладает рядом преимуществ перед существующими аналогами: он более точен, менее инвазивен, обеспечивает более оперативное получение результатов», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
В дальнейшем ученые планируют интегрировать датчик в полноценное миниатюрное устройство, предназначенное для длительного мониторинга металлов в живых организмах.