Учёные разработали метод, позволяющий в реальном времени отслеживать состояние внутренней среды организма с помощью ультразвукового сканера.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале ACS Sensors.
Изменение pH (показателя кислотности) в крови человека в числе прочего показывает, реагирует ли раковая опухоль на химиотерапию. Повышение уровня белка тропонина сигнализирует об угрозе сердечного приступа. Другие биохимические изменения тоже несут важную информацию.
Но как отслеживать их в реальном времени? К человеку не прицепишь передвижную лабораторию с персоналом и полным набором оборудования.
Напрашивается решение: вживить под кожу небольшой и безопасный датчик. По понятным причинам устройство должно быть как можно меньшим по размеру. Кроме того, во избежание неполадок ему стоит быть как можно более простым. Наконец, было бы идеально, если бы такой прибор не потреблял электроэнергии, чтобы не возникала проблема зарядки батарей.
Удовлетворить всем этим требованиям можно, если в организме человека будет находиться лишь крошечная деталь системы. Всё остальное оборудование, куда более объёмное и сложное, а также нуждающееся в электропитании, должно размещаться во внешнем мире.
Специалисты уже разработали несколько подобных технологий. Но в них используются громоздкие и дорогие методы сканирования, такие как МРТ и компьютерная томография. Поэтому медики стремятся приспособить к этой задаче ультразвуковые сканеры, которые можно сделать дешёвыми и портативными (к тому же они совершенно безопасны). В принципе УЗИ-сканер можно встроить даже в смартфон.
На сегодняшний день существует методика ультразвукового исследования с усилением контрастности. В кровь пациента вводят препарат, выделяющий микропузырьки газа. Последние отражают ультразвуковые волны совсем не так, как человеческие ткани. Благодаря этому контрастность изображения резко увеличивается.
Можно было бы разработать медикаменты, выделяющие микропузырьки только при нужных условиях, скажем, при повышенном pH. Проблема в том, что процесс быстро заканчивается: пузырьки прекращают вырабатываться уже через 10–20 минут. Этот метод не годится для постоянного мониторинг состояния организма.
Авторы новой работы создали наночастицы, которые меняют свою жёсткость в зависимости от pH окружающей их среды. Это изменение заметно при ультразвуковом сканировании ткани, в которую введены подобные частицы.
Технология была испытана сначала в имитации живых тканей, потом в тканях мёртвых мышей и, наконец, в организме живых грызунов. Эксперимент подтвердил, что по УЗИ-скану можно судить об уровне pH.
Теперь учёные собираются проверить, позволяет ли технология отследить быстрые изменения pH, сопутствующие инфаркту или инсульту (эти опыты, разумеется, тоже будут проделаны на животных).
Также они надеются "научить" наночастицы реагировать на уровень кислорода в крови и на белки, сигнализирующие о тех или иных болезнях.
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали об ультразвуковом сканере, не требующем контакта с кожей пациента. Писали мы и о системе, отслеживающей движение "молчащих" имплантатов.
