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近期一項(xiàng)研究在生物傳感器技術(shù)方面取得了突破性進(jìn)展，研發(fā)出了主動(dòng)重置蛋白傳感器。這些傳感器旨在對(duì)炎癥相關(guān)生物標(biāo)志物進(jìn)行持續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測，以解決傳統(tǒng)生物傳感方法存在的信號(hào)漂移和飽和等局限性問題。

可重置生物傳感器實(shí)時(shí)追蹤炎癥情況

研究：主動(dòng)重置蛋白傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)炎癥的體內(nèi)持續(xù)監(jiān)測。
圖片來源：ArmadilloPhotograp/Shutterstock.com

這一創(chuàng)新有望通過及時(shí)檢測白細(xì)胞介素 - 6（IL - 6）和腫瘤壞死因子 - α（TNF - α）等生物標(biāo)志物，為慢性病管理帶來希望，這些標(biāo)志物對(duì)于追蹤炎癥反應(yīng)至關(guān)重要。

背景：持續(xù)監(jiān)測的必要性

炎癥是從自身免疫性疾病到心血管疾病以及癌癥等眾多疾病的關(guān)鍵因素。白細(xì)胞介素 - 6（IL - 6）和腫瘤壞死因子 - α（TNF - α）等生物標(biāo)志物對(duì)于評(píng)估炎癥反應(yīng)以及指導(dǎo)醫(yī)療干預(yù)措施必不可少。然而，諸如酶聯(lián)免疫吸附測定（ELISA）等傳統(tǒng)方法缺乏提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的能力，且需要耗費(fèi)大量人力進(jìn)行樣本處理。

電化學(xué)生物傳感器因其靈敏度高和便于攜帶而具備潛在的解決優(yōu)勢。盡管如此，信號(hào)不穩(wěn)定以及需要頻繁重新校準(zhǔn)等挑戰(zhàn)限制了它們的長期有效性。在傳感器設(shè)計(jì)中引入主動(dòng)重置機(jī)制能夠應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，使傳感器能夠在較長時(shí)間內(nèi)可靠地運(yùn)行。

研究：研發(fā)主動(dòng)重置傳感器

在這項(xiàng)研究中，研究人員運(yùn)用計(jì)時(shí)電流法等電化學(xué)檢測技術(shù)來測量目標(biāo)蛋白的結(jié)合情況。他們的設(shè)計(jì)采用了適配體（能夠結(jié)合特定目標(biāo)的短 DNA 或 RNA 分子），將其固定在導(dǎo)電基底上以捕獲諸如髓過氧化物酶（MPO）等生物標(biāo)志物。主動(dòng)重置機(jī)制利用高頻振蕩使結(jié)合的蛋白解離，使傳感器能在不到一分鐘的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到基線狀態(tài)。

該研究的關(guān)鍵步驟包括：

1. 傳感器制作：將對(duì)髓過氧化物酶（MPO）具有特異性的適配體共價(jià)鍵合到導(dǎo)電基底上。

2. 主動(dòng)重置機(jī)制：對(duì)高頻振蕩進(jìn)行優(yōu)化，以保持傳感器隨時(shí)間變化的響應(yīng)能力。

3. 體外測試：用濃度范圍在 10 皮克 / 毫升至 1000 皮克 / 毫升的髓過氧化物酶（MPO）對(duì)傳感器進(jìn)行測試，記錄檢測限和響應(yīng)時(shí)間。

4. 驗(yàn)證技術(shù)：通過石英晶體微天平（QCM）測量來確認(rèn)重置階段的蛋白解離情況。

5. 體內(nèi)測試：將傳感器植入糖尿病大鼠體內(nèi)，以監(jiān)測血液和組織間液（ISF）中白細(xì)胞介素 - 6（IL - 6）和腫瘤壞死因子 - α（TNF - α）的水平。實(shí)驗(yàn)條件包括禁食和胰島素注射，并設(shè)置對(duì)照組用于對(duì)比。

關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)與見解

主動(dòng)重置蛋白傳感器在體外和體內(nèi)環(huán)境中均展現(xiàn)出了卓越的性能。關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)如下：

1. 靈敏度提高：該傳感器檢測髓過氧化物酶（MPO）的濃度顯著低于傳統(tǒng)方法所能檢測的濃度。

2. 快速重置時(shí)間：主動(dòng)重置機(jī)制即使在長時(shí)間使用過程中也能維持穩(wěn)定的性能。

3. 準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)：在動(dòng)物研究中，傳感器能夠隨時(shí)間追蹤白細(xì)胞介素 - 6（IL - 6）和腫瘤壞死因子 - α（TNF - α）的水平，識(shí)別出明顯的炎癥模式。
   此外，傳感器還顯示出禁食會(huì)導(dǎo)致炎癥標(biāo)志物逐漸升高，而胰島素注射則會(huì)使這些標(biāo)志物顯著降低。研究結(jié)果通過與酶聯(lián)免疫吸附測定（ELISA）測量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(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)重置蛋白傳感器在變革慢性病管理方面的潛力。對(duì)炎癥生物標(biāo)志物的持續(xù)監(jiān)測能夠?qū)崿F(xiàn)更早的干預(yù)以及更個(gè)性化的治療。

討論中也強(qiáng)調(diào)了潛在的挑戰(zhàn)：

1. 生物相容性：要確保與生物環(huán)境的長期相容性。

2. 穩(wěn)定性：在各種條件下維持傳感器的性能。

3. 更廣泛的生物標(biāo)志物檢測：擴(kuò)大可檢測標(biāo)志物的范圍，以覆蓋更廣泛的疾病種類。

主動(dòng)重置機(jī)制解決了傳統(tǒng)生物傳感器的諸多局限性，為臨床環(huán)境中的持續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測提供了一個(gè)可靠的平臺(tái)。

結(jié)論與未來方向

主動(dòng)重置蛋白傳感器在生物傳感領(lǐng)域代表著向前邁出的重要一步，解決了諸如信號(hào)漂移和飽和等長期存在的挑戰(zhàn)。這些傳感器能夠?qū)﹃P(guān)鍵炎癥生物標(biāo)志物進(jìn)行持續(xù)、可靠的監(jiān)測，提供對(duì)于慢性病管理至關(guān)重要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。未來的研究將側(cè)重于優(yōu)化傳感器設(shè)計(jì)、增強(qiáng)長期穩(wěn)定性以及擴(kuò)大可檢測生物標(biāo)志物的范圍。

這些傳感器在體外和體內(nèi)模型中均成功驗(yàn)證，凸顯了它們通過實(shí)現(xiàn)持續(xù)、準(zhǔn)確監(jiān)測來變革疾病管理的潛力。這一進(jìn)展為下一代生物傳感器奠定了基礎(chǔ)，為臨床醫(yī)生和研究人員提供有關(guān)炎癥的實(shí)時(shí)見解，從而推動(dòng)更有效、更個(gè)性化的治療策略。

參考文獻(xiàn)：