Goud Nanodeeltje Tatoeage Sensor Revolutioniseert Continue Gezondheidsmonitoring

Het idee van implanteerbare sensoren die continu informatie doorgeven over vitale waarden en concentraties van stoffen of geneesmiddelen in het lichaam heeft artsen en wetenschappers al lang gefascineerd. Zulke sensoren maken continue monitoring van ziekteverloop en therapeutisch succes mogelijk. Echter, tot nu toe zijn implanteerbare sensoren niet geschikt gebleven om permanent in het lichaam te blijven, maar moesten na enkele dagen of weken vervangen worden. Aan de ene kant is er het probleem van implantafstoting omdat het lichaam de sensor herkent als een vreemd voorwerp. Aan de andere kant is de kleur van de sensor, die concentratieveranderingen aangeeft, tot nu toe onstabiel geweest en vervaagde in de loop van de tijd. Wetenschappers aan de Johannes Gutenberg Universiteit Mainz (JGU) hebben een nieuw type implanteerbare sensor ontwikkeld die in het lichaam meerdere maanden kan functioneren. De sensor is gebaseerd op kleurstabiele goudnanodeeltjes die gemodificeerd zijn met receptoren voor specifieke moleculen. Ingebed in een kunstmatig polymere weefsel, wordt het nanogoud onder de huid geïmplanteerd waar het veranderingen in geneesmiddelconcentraties rapporteert door zijn kleur te veranderen.

Professor Carsten Sönnichsen's onderzoepsgroep gebruikt goudnanodeeltjes al jaren als sensoren om minuscule hoeveelheden eiwitten in microscopische stroomcellen te detecteren. Goudnanodeeltjes fungeren als kleine antennes voor licht. Ze absorberen en verstrooien het sterk en lijken daarom kleurrijk. Ze reageren op veranderingen in hun omgeving door van kleur te veranderen. Sönnichsen's team heeft dit concept benut voor geïmplanteerde medische sensing.

Om de minúsculen deeltjes te voorkomen weg te zwemmen of afgebroken te worden door immuuncellen, worden ze ingebed in een poröse hydrogel met een weefsellijke consistentie. Eenmaal geïmplanteerd onder de huid, groeien kleine bloedvaten en cellen in de poriën. De sensor is geïntegreerd in het weefsel en wordt niet als vreemd lichaam afgestoten. "Onze sensor is als een onzichtbare tatoeage, niet veel groter dan een cent en dunner dan één millimeter," zei Sönnichsen. Aangezien de goudnanodeeltjes infrarood zijn, zijn ze niet zichtbaar voor het oog. Echter, een speciaal soort meetapparaat hun kleur niet-invasief door de huid detecteren.

In hun studie implanteerden de onderzoekers hun goudnanodeeltjesensoren onder de huid van kaalratten. Kleurveranderingen in deze sensoren werden gemonitoreerd na toediening van diverse doses van een antibioticum. De geneesmiddelmoleculen worden naar de sensor getransporteerd via de bloedstroom. Door te binden aan specifieke receptoren op het oppervlak van de goudnanodeeltjes, induceren ze kleurverandering die afhankelijk is van geneesmiddelconcentratie. Dankzij de kleurstabiele goudnanodeeltjes en de weefsel-integrerende hydrogel, blijf de sensor mechanisch en optisch stabiel over meerdere maanden.

Gekleurde objecten bleken in de loop van de tijd. Goudnanodeeltjes bleken echter niet, maar behouden hun kleur permanent. Aangezien ze gemakkelijk gecoat kunnen worden met verschillende receptoren, zijn ze een ideaal platform voor implanteerbare sensoren.

Dit concept is generaliseerbaar en heeft het potentieel om de levensduur van implanteerbare sensoren te verlengen. In de toekomst kunnen goudnanodeeltjes-gebaseerde implanteerbare sensoren gebruikt worden om concentraties van verschillende biomarkers of geneesmiddelen in het lichaam gelijktijdig te observeren. Zulke sensoren kunnen toepassing vinden in geneesmiddelontwikkeling, medisch onderzoek, of gepersonaliseerde geneeskunde, zoals het beheer van chronische ziekten.