Носимый пластырь с ДНК‑покрытыми микроиглами отслеживает уровни антибиотиков в реальном времени
Носимый пластырь с ДНК‑покрытыми микроиглами отслеживает уровни антибиотиков в реальном времени
Носимый пластырь с микроиглами, покрытыми молекулами ДНК, способен в режиме реального времени отслеживать концентрации антибиотиков в организме.
Чтобы повысить точность мониторинга лекарств, в том числе сильнодействующих антибиотиков, междисциплинарная команда исследователей из KAUST разработала носимое устройство, которое непрерывно измеряет уровень препарата в интерстициальной жидкости под кожей. Платформа ориентирована на мониторинг ванкомицина, но по замыслу разработчиков её можно адаптировать для других препаратов, что позволит более персонализированно подбирать дозы.
Традиционный метод контроля концентрации лекарств — забор крови и ожидание результатов лаборатории — занимает часы и даёт лишь разовый снимок динамической системы организма.
«Основной недостаток этого подхода, помимо времени ожидания, в том, что он показывает врачам лишь один кадр в высокодинамической системе: каждый человек по‑разному реагирует на лекарство и метаболизирует его», — говорит докторант Юрий Цыбан, работавший над проектом под руководством Халеда Набиля Саламы.
У некоторых препаратов узкое терапевтическое окно: небольшие колебания концентрации могут иметь серьёзные клинические последствия — доза, безопасная и эффективная для одного пациента, у другого может оказаться токсичной или недостаточной.
Интерстициальная жидкость содержится в микроскопических пространствах между клетками, в том числе в дермальной области под поверхностью кожи. Она содержит питательные вещества и метаболиты, а концентрации многих лекарств в ней часто соответствуют концентрациям в кровотоке, что делает её перспективной альтернативой забору крови.
Команда создала пластырь с крошечными микроиглами, которые слегка прокалывают внешние слои кожи и обеспечивают непрерывный контакт с интерстициальной жидкостью для мониторинга ванкомицина.
«Наше микроигольное устройство покрыто ДНК‑аптамером — короткой цепочкой ДНК, предназначенной для селективного распознавания и связывания целевой молекулы, например лекарства. Когда препарат присутствует в интерстициальной жидкости, аптамер меняет конформацию; это изменение создаёт электрохимический сигнал, который даёт непрерывную количественную оценку концентрации лекарства», — объясняет Цыбан.
Юрий Цыбан, докторант
Этот электрический сигнал фиксирует миниатюрный мобильный потенциостат (MSTAT), разработанный командой. MSTAT обрабатывает входные данные, переводит их в расчётную концентрацию и по беспроводной связи передаёт результаты в приложение для смартфона. По мнению авторов, это может снизить потребность в сложной лабораторной технике и узкой экспертной подготовке и обеспечить мониторинг в режиме реального времени в больницах, амбулаторных клиниках и на дому, повышая безопасность лечения и помогая оптимизировать дозирование.
Первичные исследования на мышах показали, что устройство может отслеживать повторные дозы препарата в течение четырёх часов; отдельные лабораторные испытания в искусственной интерстициальной жидкости продемонстрировали стабильность системы до десяти часов.
«Устройство также продемонстрировало явные различия в уровнях ванкомицина между животными, — отмечает Халед Набил Салама. — Это та информация, которой часто не хватает, когда дозирование основывают на периодических анализах крови».
«Хотя слово «игла» поначалу может напугать, микроиглы существенно отличаются от обычных инъекционных игл: они проникают только в верхние слои кожи и удобны в ношении. С распространением носимых технологий их принятие, вероятно, будет расти, особенно если устройство сократит необходимость повторных заборов крови и визитов в больницу», — добавляет Цыбан.
«Прежде чем устройство можно будет использовать в клинической практике, предстоит провести ещё ряд работ, включая повышение его долговременной стабильности и завершение необходимых исследований биосовместимости», — заключает Халед Набил Салама.
